DE112018006376T5

DE112018006376T5 - Gepolsterte lasttragende fläche und verfahren zum herstellen derselben

Info

Publication number: DE112018006376T5
Application number: DE112018006376.3T
Authority: DE
Inventors: M. Oomen Craig
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-08-20
Also published as: CN111432686A; CN111432686B; US20190183249A1; US10912388B2; WO2019118975A1

Abstract

Eine gepolsterte lasttragende Sitzoberfläche schließt eine Aufhängungsschicht, eine Membran und eine Lastverteilungsschicht ein. Die Membran ist zwischen der Aufhängungsschicht und der Lastverteilungsschicht positioniert. Die Membran schließt eine Grundfläche und mehrere geformte, ausgerichtete, kolbenähnliche Vorsprünge ein, die sich von der Grundfläche erstrecken. Die Membran definiert Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche, die sich in einer den Vorsprüngen gegenüberliegenden Richtung erstrecken. Die Vorsprünge sind unter Last aus einem ersten Zustand in einen zusammengepressten Zustand zusammenpressbar und kehren bei Entfernen der Last in den ersten Zustand zurück. Die Zwischenabschnitte biegen sich, um wenigstens einen Teilabschnitt der Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Vorsprünge zusammengepresst werden. Eine geformte, mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Membran und ein Verfahren zum Herstellen der Membran sind offenbart.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGSDATEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/599,137 , die am 15. Dezember 2017 unter dem Titel Cushioned Load bearing Surface and Method for Making Same (Gepolsterte lasttragende Fläche und Verfahren zum Herstellen derselben) eingereicht wurde, deren Offenbarung hierin in Gänze enthalten ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gepolsterte lasttragende Fläche wie eine Sitzfläche oder die Rückenlehne eines Stuhls oder Sitzes und ein Verfahren zum Herstellen der Fläche.
Es bestehen anhaltende Bemühungen, neue und verbesserte gepolsterte lasttragende Flächen zu entwickeln. Ein primäres Ziel dieser Bemühungen besteht darin, eine beständige und kostengünstige lasttragende Fläche mit geringer Masse zu erhalten. Im Kontext von Sitzen und anderen körperstützenden Anwendungen sind zudem Komfortaspekte von Bedeutung. Beispielsweise kann es bei Sitzen von Bedeutung sein, eine Fläche bereitzustellen, die komfortabel ist und bei längerer Anwendungsdauer nicht zu körperlicher Ermüdung führt. Es ist zudem wichtig, dass eine Fläche eine komfortable Umgebung bereitstellt, indem sie angemessene Luftstrom- und Wärmeeigenschaften bereitstellt. Diese Struktur- bzw. Lasteigenschaften sowie die Umwelteigenschaften variieren von Anwendung zu Anwendung.
Bekanntermaßen werden geformte lasttragende Flächen bereitgestellt, die nach dem Formen ausgerichtet werden, um die gewünschten Lastaufnahmefläche- oder Struktureigenschaften bereitzustellen. Beispielsweise offenbaren die US-Patente mit den Nummern 9,215,933, 9,173,496 und 7,441,758 von Coffield et al., alle mit dem Titel „Load Bearing Surface“ („Lasttragende Fläche“), die alle zu der vorliegenden Anmeldung gehören und hierin in Gänze enthalten sind, ausgerichtete lasttragende Flächen, die sich in vielerlei Hinsicht als erhebliche Verbesserung gegenüber Flächen des Stands der Technik erwiesen haben. Diese Flächen schließen eine elastomere Membran ein, die in ausschließlich einer einzigen Richtung ausgerichtet ist, beispielsweise durch Zusammenpressen oder Dehnen, um die gewünschten Laststützeigenschaften zu erreichen.
Sitze für Anwendungen in Kraftfahrzeug- und sonstigen Bereichen nutzen Stahlaufhängungen, die von einem geschlossenporigen oder offenporigen Schaumstoff wie Polyurethan bedeckt sind, um eine komfortable , gepolsterte Fläche bereitzustellen. Obwohl durch Schaumstoffe viele Probleme in Bezug auf Aussehen und Kraftablenkungsnachgiebigkeit gelöst werden, werden sie üblicherweise in einem zweiteiligen Duroplastprozess geformt, was bei der Herstellung solcher Sitze zu zusätzlichen Kosten und zusätzlichem Zeitaufwand führt. Darüber hinaus weist Schaumstoff üblicherweise eine einfache Dichte oder einen einfachen Härtegrad auf. Druckübersichten der Sitzbenutzung zeigen, dass Kräfte über einer Sitzoberfläche variabel und abstimmbar sein sollten, um den Sitzkomfort im Ganzen zu verbessern; Schaumstoffe mit einer einfachen Dichte stellen jedoch nicht die gewünschte Abstimmbarkeit für Sitzkomfort bereit. Mithin existieren Grenzen bei der Sitzkonzeption, wenn Schaumstoffe verwendet werden.
Darüber hinaus verwenden Schaumstoffe mit einfachem Härtegrad die Form, um Komfort- und variable Reaktionskraftanforderungen zu regulieren. Bei dieser Anwendung erweist sich Schaumstoff als ineffizient. Erstens ist der Sitzunterbringungsraum ein Aspekt bei der Konzeption von Schaumstoffsitzen, und bei Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich ist beispielsweise Innenraum zunehmend kostbar, da die Größe der Fahrzeuge im Zuge maximaler Kraftstoffeffizienz abnimmt. Zweitens sind dem Aussehen bei Schaumstoffkonstruktionen dadurch Grenzen gesetzt, dass eine erhebliche Menge an Schaumstoff notwendig ist, um das gewünschte Maß an Komfort zu erreichen, und in manchen Fällen kommt es zu dicken, voluminösen Sitzen mit bis zu 200 mm Schaumstoff.
Darüber hinaus ist Schaumstoff ein Wärmeisolator. Beispielsweise erfordert bei Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich das Kühlen und Wärmen von Schaumstoff eine erhebliche Menge an Energie von Elektrosystemen des Fahrzeugs, was wiederum den Kraftstoffverbrauch beeinflusst. Dies wirkt sich durch die Einführung von Hybrid-Elektrofahrzeugen oder reinen Elektrofahrzeugen umso stärker aus. Zudem kann es bei Schaumstoff schwierig sein, daran Elemente wie Kabelstränge, Leitbleche, Faltenbälge und Heizelemente zu befestigen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer gepolsterten lasttragenden Sitzoberfläche, beispielsweise einer Sitzfläche oder Rückenlehne, mit Lastaufnahmeeigenschaften, die über die gesamte Oberfläche variiert werden können. Das bedeutet, die Reaktionskraft über die Oberfläche kann nahezu durchgehend über die gesamte Oberfläche variiert werden. Wünschenswerterweise ist eine solche Oberfläche variabel und einfach geformt und ist dünn und leichtgewichtig mit geringen Isolationseigenschaften. Noch wünschenswerter wäre, dass eine solche Oberfläche einen Luftstrom für Wärme-, Kühlungs- und Feuchtigkeitsregulierung bei minimalem Raumerfordernis für Sitzheiz- oder Kühlelemente ermöglicht.
KURZDARSTELLUNG
Bei einem Aspekt schließt eine gepolsterte lasttragende Sitzoberfläche eine Aufhängungsschicht, eine Membran und eine Lastverteilungsschicht ein. Die Membran ist zwischen der Aufhängungsschicht und der Lastverteilungsschicht positioniert. Die Membran schließt eine Grundfläche und mehrere geformte, ausgerichtete, kolbenähnliche Vorsprünge ein, die sich von der Grundfläche erstrecken, und definiert Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche. Die Zwischenabschnitte erstrecken sich in einer den Vorsprüngen gegenüberliegenden Richtung.
Die Vorsprünge sind unter Last aus einem ersten Zustand in einen zusammengepressten Zustand zusammenpressbar und kehren bei Entfernen der Last in den ersten Zustand zurück. Die Zwischenabschnitte biegen sich, um wenigstens einen Teilabschnitt der Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Vorsprünge zusammengepresst werden.
Bei einer Ausführungsform ist die Membran aus einem Polymermaterial geformt. Wenigstens ein Teilabschnitt der Membran an den Zwischenabschnitten ist ausgerichtet. Die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, können ebenfalls ausgerichtet sein. Die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte können mit einer Wanddicke, die geringer als die Wanddicke der anderen Teilabschnitte der Vorsprünge ist, geformt sein. Bei einer Ausführungsform weisen die Zwischenabschnitte einen U-förmigen Querschnitt auf, so dass die Wände der Zwischenabschnitte sich rollen, um ein Zusammenpressen der Vorsprünge aufzunehmen.
Die Vorsprünge sind unabhängig voneinander geformt. Die Vorsprünge können eine große Bandbreite an symmetrischen Formen aufweisen, beispielsweise können die Vorsprünge einen kreisförmigen Querschnitt, einen hexagonalen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, sie können nierenförmig oder oval sein oder unregelmäßige Formen aufweisen. Die Formen und Größen der Vorsprünge können über die Membran variieren.
Bei einer Ausführungsform der Sitzoberfläche ist zwischen der Membran und der Lastverteilungsschicht ein Raum definiert. Der Raum kann einen Luftverteiler definieren. Der Luftverteiler kann ausgelegt sein, um ein Vakuum in den Raum zwischen der Membran und der Lastverteilungsschicht zu erzeugen und/oder um einen geheizten oder gekühlten Luftstrom aufzunehmen. Auch Heiz- und/oder Kühlelemente können in dem Raum zwischen der Membran und der Lastverteilungsschicht aufgenommen werden.
Bei einem Aspekt schließt eine geformte, mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Membran für einen Sitz eine Grundfläche und mehrere geformte, ausgerichtete, kolbenähnliche Vorsprünge, die sich von der Grundfläche erstrecken, ein. Die Membran definiert Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche, die sich in einer den Vorsprüngen gegenüberliegenden Richtung erstrecken.
Die Vorsprünge sind unter Last aus einem ersten entspannten Zustand in einen zusammengepressten Zustand zusammenpressbar und kehren bei Entfernen der Last in den entspannten Zustand zurück. Die Zwischenabschnitte biegen oder rollen sich (mit einem Rollradius), um wenigstens einen Teilabschnitt der Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Vorsprünge zusammengepresst werden. Wenigstens ein Teilabschnitt der Membran an den Zwischenabschnitten ist ausgerichtet. Bei einer Ausführungsform sind die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte ausgerichtet. Die Vorsprünge sind unabhängig voneinander geformt.
Die Membran kann so geformt sein, dass die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte mit einer Wanddicke, die geringer als eine Wanddicke der anderen Teilabschnitte der Vorsprünge ist, geformt sind.
Bei einer Ausführungsform sind die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte wählbar in einem Grad ausgerichtet, der sich von den verbleibenden Teilabschnitten des Vorsprungs unterscheidet. Diese Teilabschnitte können in einem größeren Grad als die verbleibenden Teilabschnitte des Vorsprungs ausgerichtet sein.
Ein Verfahren zum Herstellen einer geformten, mittels Kolben in Kästchen eingeteilten Membran schließt das Bereitstellen einer Membran ein, die aus einem Polymermaterial geformt ist, wobei die Membran eine Grundfläche aufweist und sich mehrere kolbenähnliche Vorsprünge von der Grundfläche erstrecken und Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche definieren und die Membran in einer Form sichern und einen Teilabschnitt der Vorsprünge neben den Zwischenabschnitten und die Zwischenabschnitte ausrichten. Bei einem Verfahren schließt der Schritt des Ausrichtens des Teilabschnitts der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und der Zwischenabschnitte das Ausüben von Spannung auf den Teilabschnitt der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und die Zwischenabschnitte ein.
Das Verfahren kann zudem den Schritt des Erwärmens des Teilabschnitts der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und der Zwischenabschnitte während des Ausrichtens einschließen. Die Membran kann zudem vor dem Ausrichten des Teilabschnitts der Vorsprünge neben den Zwischenabschnitten und der Zwischenabschnitte ausgerichtet werden.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Vorrichtung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Figuren und in Verbindung mit den angehängten Ansprüchen deutlich.
Figurenliste
Die Nutzen und Vorteile der vorliegenden Ausführungsformen werden für Durchschnittsfachleute nach Durchsicht der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Figuren deutlich, wobei Folgendes gilt:

1 ist eine Darstellung einer Ausführungsform einer gepolsterten lasttragenden Sitzoberfläche;
2A ist eine Draufsicht der gepolsterten lasttragenden Fläche von 1;
2B ist eine Querschnittdarstellung entlang der Linie 2B--2B von 2A;
3 ist eine Explosionsdarstellung der gepolsterten lasttragenden Fläche von 1;
die 4A und 4B sind Schnittansichten eines einzelnen Membranvorsprungs oder Kolbenelements in einem geformten und entspannten Zustand in 4A und mit Darstellung der Bewegung des Vorsprungs, wenn er einer Last ausgesetzt wird, in 4B;
die 5A-5C sind Darstellungen des Formens und Ausrichtens eines einzelnen Membranvorsprungs, wobei in 5A der Vorsprung als geformt gezeigt ist, in 5B der Vorsprung einer Ausrichtung durch Ausdehnen unterzogen wird und in 5C der Vorsprung durch Ausdehnen geformt und ausgerichtet ist;
die 6A-6C sind Darstellungen unterschiedlicher Ausgestaltungen der Lastverteilungsschicht;
7 ist eine perspektivische Ansicht von Aufhängungsschicht und Sitzrahmen;
die 8A, 8A1, 8B und 8C stellen eine weitere Ausführungsform des Membranvorsprungs dar und zeigen die Last auf den Vorsprung in Kilonewton (kN) in Abhängigkeit von Verlagerung oder Bewegung des Vorsprungs; wobei 8A1 eine teilweise Schnittansicht des Vorsprungs von 8A entlang Linie 8A1-8A1 von 8A ist; und
9 ist eine graphische Darstellung einer Ausführungsform einer in Kästchen eingeteilten Membran, die mit einer Pressform zum Ausrichten der Vorsprünge oder Kolbenelemente gezeigt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Während die vorliegende Offenbarung in vielerlei Formen umgesetzt werden kann, werden in den Figuren und der nachstehenden Beschreibung eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben, für die davon auszugehen ist, dass sie lediglich als beschreibend zu verstehen sind und nicht dazu vorgesehen sind, die Offenbarung auf eine spezifische beschriebene oder dargestellte Ausführungsform zu beschränken.
Bezugnehmend auf die Figuren und insbesondere auf die 1-3 ist eine Ausführungsform einer gepolsterten lasttragenden Sitzoberfläche 10, wie einer Sitzfläche oder einer Rückenlehne, gezeigt. Die Sitzoberfläche 10 kann ein Aufhängungselement oder eine Aufhängungsschicht 12, eine ausgerichtete, mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Membran 14 und ein Lastverteilungselement oder eine Lastverteilungsschicht 16 einschließen. In der Praxis kann die Sitzoberfläche 10 einen Sitzrahmen 17 und/oder mehr oder weniger Schichten einschließen. 2 ist ein Querschnitt des Sitzes 10, und 3 ist eine Explosionsdarstellung des Sitzes 10.
Die Aufhängungsschicht 12 ist von bekannter Art und kann beispielsweise eine ausgerichtete Membran wie die in der US-Anmeldung 9,215,933 von Coffield et al., die zur vorliegenden Anmeldung gehört und hierin bezugnehmend enthalten ist, offenbarte sein. Ein für die Aufhängungsschicht 12 geeignetes Material ist ein Elastomer wie ein Copolyester-Elastomer, beispielsweise EM400, das im Handel von DSM in Troy, MI, USA erhältlich ist. Wie in 7 dargestellt, kann die Aufhängungsschicht 12 am Sitzrahmen 17 entlang einer Kante 21 des Rahmens 17 montiert sein.
Das Lastverteilungselement oder die Lastverteilungsschicht 16 stellt die Oberfläche bereit, auf der der Benutzer sitzt oder an die er sich lehnt. Sie kann aus einer großen Bandbreite an Materialien wie einem thermoplastischen Elastomer (auch als thermoplastischer Gummi bezeichnet), beispielsweise einem thermoplastischen Vulkanisat geformt sein. Andere geeignete Materialien können thermoplastische Elastomere, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Gummi der Klasse M), die in einer Polypropylen(PP)-Matrix eingeschlossen sind, und andere ähnliche Materialien einschließen, wie für Fachleute offensichtlich sein wird. Die Lastverteilungsschicht 16 stellt eine glatte oder vergleichsweise glatte Oberfläche bereit, auf der man sitzen oder an die man sich anlehnen kann und verhindert das Durchdringen von beispielsweise Federn oder sonstigen hervorstehenden Objekten, die zur Herstellung der Sitzoberfläche 10 verwendet werden können.
Die Lastverteilungsschicht 16, die in den 1 und 3 dargestellt ist, ist aus einer Reihe von rechteckigen oder im Wesentlichen rechteckigen Elementen 19, die mit angrenzenden Elementen 19 verbunden sind, geformt. In Kürze auf die 6A-6C Bezug nehmend können die Schichten 116, 216, 316 aus einer Reihe von verbundenen Elementen 119, die eine der Ziffer 8 ähnliche Form aufweisen, wie in 6A dargestellt, einer Reihe von verbundenen Elementen 219, die eine hexagonale Form aufweisen, wie in 6B dargestellt, einer Reihe von verbundenen Elementen 319, die eine S-ähnliche Form aufweisen, wie in 6C dargestellt, oder in einer beliebigen anderen geeigneten Form geformt sein, wie Fachleute verstehen werden.
Eine Ausführungsform einer ausgerichteten, mittels Kolben in Kästchen eingeteilten Membran oder Schicht 14 ist in den 2B und 3 dargestellt. Die Membran 14 schließt eine Grundfläche 18 und eine Reihe von geformten, ausgerichteten kolbenähnlichen Vorsprüngen 20 ein, die sich von der Grundfläche 18 erstrecken. Anders gesehen schließt die Grundfläche 18 eine Reihe von umgekehrten becherähnlichen Gebilden ein, die in der Grundfläche 18 geformt sind. Bezugnehmend auf die 4A und 4B ist zwischen dem Vorsprung 20 und der Grundfläche 18 ein Zwischenabschnitt 22 mit einem U-förmigen Querschnitt, wie bei 24 gekennzeichnet, geformt, der sich in einer dem Vorsprung 20 gegenüberliegenden Richtung erstreckt.
Wie in 4B zu sehen ist, stellt der Zwischenabschnitt 22 einen federähnlichen Übergang bereit und rollt sich (mit einem Rollradius, wie bei 26 gekennzeichnet) ein, um zu ermöglichen, dass die Vorsprünge 20 in Richtung der Grundfläche 18 zusammengepresst werden, wenn eine Last auf die Schicht 14 ausgeübt wird. Ein Zusammenpressen der Vorsprünge 20 wird durch den sich rollenden Zwischenabschnitt 22 aufgenommen, obwohl sich ein Teilabschnitt der Vorsprünge 20 während des Zusammenpressens verformen kann. Aufgrund des Polymermaterials, das verwendet wird, um die ausgerichtete, mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Membran 14 zu formen, kehren die Vorsprünge 20 jedoch in den Zustand vor dem Zusammenpressen zurück, wenn die Last entfernt wird. Die Vorsprünge 20 sind unabhängig voneinander geformt, so dass jeder Vorsprung 20 unabhängig von den anderen zusammengepresst werden kann.
Bei einer Ausführungsform sind die Wand eines unteren Teilabschnitts 28 des Vorsprungs 20 und der Zwischenabschnitt 22 im Vergleich zum oberen Teilabschnitt 32 des Vorsprungs 20 und der Grundfläche 18 ausgedünnt (wie bei 30 gekennzeichnet). Die ausgedünnten Teilabschnitte 30 stellen ein angemessenes Einrollen der Zwischenabschnitte 22 und der unteren Vorsprungsabschnitte 28 bereit, wenn die Vorsprünge 20 zusammengepresst werden. Bei einer Ausführungsform werden die mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Schicht 14 oder Teilabschnitte der Schicht 14 nach dem Formen ausgerichtet, um die gewünschten Lastaufnahmeeigenschaften der Schicht 14 allgemein und insbesondere den Vorsprüngen 20 und den Zwischenabschnitten 22 bereitzustellen und um den unteren Teilabschnitten 28 und Zwischenabschnitten 22 die gewünschte Dicke (oder Dünnheit wie in 30) bereitzustellen, wie in 4B dargestellt ist. Obwohl 4B nicht notwendigerweise im Maßstab dargestellt ist, zeigt sie die Verhältnisse der Dicke der Wand 32 des oberen Vorsprungsabschnitts zur Wand 28 des unteren Teilabschnitts und dem Zwischenabschnitt 22. Ein Ausdünnen oder Einschnüren der Seitenwände 31 der Vorsprünge 20 und des Zwischenabschnitts 22 ermöglicht zudem eine präzisere Steuerung des Ausrichtungsgrads oder der wählbaren Ausrichtung der Wände des unteren Teilabschnitts 28 und Zwischenabschnitts 22.
Bei einer Ausführungsform, bei der beabsichtigt ist, Sitznachgiebigkeitsdrücke von etwa 0,5 bis 20 psi zu erreichen, weist der untere Vorsprungsabschnitt 28 eine Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 mm auf. Wände dieser Dicke rollen sich im Rollradius 26 oder dem Zwischenabschnitt 22 ein und ermöglichen so, dass eine Oberfläche 34 des Vorsprungs 20 sich unter Last bewegt, wenn ein Benutzer auf dem Sitz 10 sitzt. Einrollen bezeichnet hier die Bewegung des unteren Teilabschnitts 28 des Vorsprungs 20 in Richtung des und in den Rollradius 26, wenn der Vorsprung zusammengepresst wird, wie beispielsweise durch die gestrichelten Linien in 4B gezeigt. Es ist davon auszugehen, dass wenn der Vorsprung 20 zusammengepresst wird, die Höhe H₂₀ des Vorsprungs verringert wird und der untere Teilabschnitt 28 sich in Richtung des Rollradius 26 und in diesen hinein bewegt.
Obwohl die Vorsprünge 20 als einen kreisförmigen Querschnitt aufweisend dargestellt sind, können der eine oder die mehreren Vorsprünge 20 viele Formen, beispielsweise hexagonal, quadratisch, rechteckig, nierenförmig, oval, unregelmäßig geformt und Ähnliches, annehmen. Die Formen und Größen der geformten Vorsprünge 20 können innerhalb der Schicht 14 variieren, und die Vorsprünge 20 können symmetrisch oder asymmetrisch sein. Die Oberseiten oder Oberflächen 34 der Vorsprünge 20 können zu einer Ebene P₁₈, die durch die Grundfläche 18 definiert wird, planar und zu dieser relativ sein, oder sie können bezogen auf die Grundflächenebene P₁₈ gewinkelt sein.
Beispielsweise ist kurz auf die 8A-8C Bezug nehmend eine weitere Ausführungsform des Vorsprungs 120 gezeigt. Anstelle einer Einrollbewegung beim Zusammenpressen weist der Vorsprung 120 eine Reihe von Faltlinien 122 auf (siehe beispielsweise 8A1) auf, entlang derer sich die Vorsprungswände 124 aufeinanderfalten, um ein Zusammenpressen des Vorsprungs 120 zu ermöglichen. Ein Diagramm für Last im Verhältnis zu Verlagerung, das in den 8A-8C neben den Vorsprüngen 120 abgebildet ist, zeigt die Verlagerung des Vorsprungs 120 in Millimetern (mm), wenn eine Last in Kilonewton (kN) auf den Vorsprung 120 ausgeübt wird.
Wiederum Bezug auf die 4A und 4B nehmend können die Vorsprungshöhe H₂₀ und der Stoß S₂₀, das heißt, die Menge der Verlagerung des Vorsprungs 20 unter Belastung, für eine vorgegebene Last ausgelegt sein, um ein Durchhängen bekannter Schwingsitze auszuschließen. Ein Durchhängen tritt auf, wenn ein Schwingsitz im Zentrum der Aufhängung eine schmale Last aufweist und kann zu Unbequemlichkeiten führen, da der harte Umfangsrahmen und Punkte in der Aufhängung, die unter starkem Druck stehen, für den Benutzer fühlbar sein können. Die mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Schicht 14, die über der Aufhängungsschicht 12 positioniert ist, kann so konzipiert sein, dass sie ein Durchhängen ausgleicht, indem jeder Vorsprung oder Kolben 20 einzeln abgestimmt wird und somit der Stoß H₂₀ und die Reaktionskraft für jeden Vorsprung einzeln ausgeglichen werden. Beispielsweise können die Vorsprünge 20 im Zentrum der Sitzoberfläche 10 so ausgelegt sein, dass sie weniger zusammengepresst werden als diejenigen am Rand der Sitzoberfläche.
Bei einer Ausführungsform kann die mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Schicht 14 eine massive Schicht sein, die für Flüssigkeiten und Gase undurchlässig ist. Der Bereich 36 oberhalb der mittels Kolben in Kästchen eingeteilten Schicht 14 und zwischen den Vorsprüngen 20 definiert Leerräume, die in 2B als 39 gekennzeichnet sind, die als Luftverteiler ausgelegt sein können, um das Erzeugen eines Vakuums zu unterstützen, beispielsweise durch Verwendung eines Gebläses (nicht dargestellt), das Feuchtigkeit von der Haut des Benutzers zieht, um dem Benutzer eine Kühlung bereitzustellen. Auch eine Heizung, beispielsweise ein aktives Warmluftsystem oder ein Wärmepumpensystem (nicht dargestellt), kann bereitgestellt werden. Zusätzlich kann der Bereich 36 zwischen den Vorsprüngen konzipiert sein, um elektrische Heizelemente (nicht dargestellt) aufzunehmen, um den Sitz bei kälterem Wetter zu beheizen, oder um Kühlelemente (nicht dargestellt) aufzunehmen, um den Sitz bei wärmerem Wetter zu kühlen.
Eine Sitzkomfortanpassung kann unter Verwendung von Luftdruck auf der Unterseite der mittels Kolben in Kästchen eingeteilten Schicht 14 in dem Bereich, der in den 2B und 3 allgemein als 41 gekennzeichnet ist, geregelt werden. Druck kann geregelt und auf spezifische Vorsprünge 20 beschränkt werden, indem beispielsweise Trennwände (nicht dargestellt) an der Unterseite der Schicht 14, zwischen der Schicht 14 und dem Rahmen 17, verwendet werden. Bei einem Beispiel, das auf Studien zur Druckverteilung auf Sitzen basiert, weisen im Voraus festgelegte Zonen in zentralen Bereichen des Sitzes 10 einen höheren Luftdruck als Bereiche am Sitzrand, die mit einem niedrigeren Druck versehen sind, auf. Luftdruck kann mittels einer Druckpumpe (nicht dargestellt) bereitgestellt werden oder kann durch das Gewicht des Benutzers ausgeübt werden. Druck, der durch das Gewicht des Benutzers erhöht wird, kann langsam abgeführt werden, um das vom Benutzer gewünschte Maß an Komfort zu erreichen. Ein Ventil 37, das beispielsweise am Sitzrahmen 17 positioniert ist, kann betätigt werden, um zu ermöglichen, dass Luft von der Unterseite der Schicht 14 (zwischen der Schicht 14 und dem Rahmen 17) abgeleitet wird, um zu ermöglichen, dass sich der Sitz 10 an die Form und Größe des Sitzbenutzers anpasst. Das Ventil 37 kann ausgelegt sein, um zu ermöglichen, dass Luft zu der Unterseite der Schicht 14 zurückkehrt, wenn der Sitz nicht mehr belegt ist.
Bezugnehmend auf die 5A-5C und 9 wird bei einem Verfahren zum Herstellen der ausgerichteten, mittels Kolben in Kästchen eingeteilten Schicht 14 die Membran durch Spritzguss geformt. Die Membran 14 wird eine Grundfläche 18 und eine Reihe von Vorsprüngen 20, von denen einer in den 5A-5C gezeigt ist, aufweisend geformt. Wie geformt schließt die Membran 14 die Grundfläche 18 und den Vorsprung 20 und den Zwischenabschnitt 22 zwischen der Grundfläche 18 und dem Vorsprung 20 ein. Wie in 5A gezeigt ist, kann der Zwischenabschnitt 22 mit einem flachen U-förmigen Querschnitt (wie bei 24 in 4A sichtbar) geformt sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Zwischenabschnitte 22 mit einem beliebigen geeigneten Querschnitt geformt sein.
Nach dem Spritzguss kann die ganze Membran 14 ausgerichtet werden, indem eine Beanspruchung, beispielsweise eine Spannung oder ein Zusammenpressen, ausgeübt wird, wie im vorstehend erwähnten Patent von Coffield et. al., US 9,215,933 , offenbart ist. Ein Ausrichten der Membran 14 durch eine Beanspruchung kann bei erhöhten Temperaturen und während einer im Voraus festgelegten Dauer vorgenommen werden, um die Membran 14 zu konditionieren, um beispielsweise sicherzustellen, dass die gesamte Membran 14 der erhöhten Temperatur ausgesetzt und unter dieser gehalten wurde. Ein Konditionieren der Membran stellt sicher, dass die Membran 14 ihre Lastaufnahmeeigenschaften beibehält, wenn sie während der Verwendung erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist.
Teilabschnitte der Vorsprünge 20, beispielsweise die unteren Teilabschnitte 28 und die Zwischenabschnitte 22, können ausgerichtet und ausgedünnt werden, indem beispielsweise durch Dehnen der unteren Teilabschnitte 28 der Vorsprünge 20 und/oder der Zwischenabschnitte 22 eine Spannung ausgeübt wird. Bezugnehmend auf die 5B können die unteren Teilabschnitte 28 der Vorsprünge 20 und/oder die Zwischenabschnitte 22 ausgerichtet werden, indem die Membran 14 in einer Vorrichtung, beispielsweise einer Pressform 102, die beispielhaft in 9 dargestellt ist, gesichert wird und eine Kraft auf den Vorsprung 20 ausgeübt wird, beispielsweise, indem ein Dorn 104 in das Innere des Vorsprungs 20 eingeführt wird und der untere Teilabschnitt 28 und der Zwischenabschnitt 22 in der Richtung, die durch die Pfeile 106 gekennzeichnet ist, gedehnt werden. Ein Dehnen der Wände im unteren Teilabschnitt und den Zwischenabschnitten 22, 28 dünnt die Wandabschnitte 22, 28 aus und richtet sie aus und verlängert so den U-förmigen Querschnitt, der nach dem Dehnen wie in 5C gezeigt ist. Die beispielhafte Pressform 102 und der beispielhafte Dorn 104, die in 9 dargestellt sind, können ausgelegt sein, um unterschiedliche Teilabschnitte der Membran 14, beispielsweise unterschiedliche Teilabschnitte der Vorsprünge 20 und die Zwischenabschnitte 22, in unterschiedlichem Grad auszurichten.
Es hat sich erwiesen, dass ein Ausrichten wenigstens des unteren Wandabschnitts 28 und des Zwischenabschnitts 22 die Dehngrenze und die Bruchdehnung, die für die Bewegung des Rollradius 26 während des Stoßes (Zusammenpressen der Vorsprünge 20 während der Benutzung) wünschenswert sind, erhöht, die Kriechbeständigkeit erhöht und die Wand der unteren Wand 28 und die Zwischenabschnitte 22 ausdünnt, um die Einrollbewegung zu erleichtern und die Belastungsziele der Vorsprünge 20 zu erreichen. Es ist davon auszugehen, dass die Endanwendungsgeometrie und der Stoß oder die Verlagerung S₂₀ der Vorsprünge 20 dem Benutzer Komfort durch Nachgiebigkeit bereitstellen.
Es ist zudem davon auszugehen, dass mittels der vorliegenden gepolsterten lasttragenden Fläche 10 und des Verfahrens verschiedene Nutzen realisiert werden können. Einer dieser Nutzen liegt darin, dass Komfort sowohl aus der Form des Teils, das heißt der Form der Rückenlehne oder Sitzfläche, als auch der Nachgiebigkeit der verschiedenen Sitzflächenschichten 12, 14, 16 erzielt wird, ohne dass herkömmliche Materialien wie Schaumstoff verwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende gepolsterte lasttragende Fläche 10 eine dynamische Anpassung der Nachgiebigkeit, z. B. des Zusammenpressens der Vorsprünge 20, mit einer knotenbezogenen oder kästchenförmigen Kräfteauflösung. Ferner können sowohl der Vorsprungsstoß S₂₀ als auch die Reaktionskraft unter Verwendung von Teilabschnittskonzeption, Ausrichtungsverarbeitung und Produktluftdruck geregelt werden.
Weitere Nutzen und Vorteile schließen einen anpassbaren Sitzflächenkomfort, wiederum ohne die Verwendung von Schaumstoffmaterialien, ein. Darüber hinaus ist das Design anpassbar; das bedeutet, die Reaktionskraft kann im Hinblick auf Komfortansprüche durch einen abstimmbaren Vorsprungselementabstand und Vorsprungsflächengrößen und -formen angepasst werden. Da die Schicht selbst aus einem flexiblen Elastomer wie einem Copolyester-Elastomer geformt ist, ist die Schicht in der Lage, der Kontur des Sitzes zu folgen.
Wie vorstehend aufgeführt ist, ist der Sitz atmungsaktiv, bietet nur einen geringen Wärmeisolierungswert (R-Value), stellt eine Schicht für einen geregelten Luftstrom für Sitzkühlung bereit und stellt Raum bereit, um Sitzheiz- und/oder Kühlelemente aufzunehmen. Da die Oberfläche durchgehend und ohne Löcher ist, kann Luftdruck unter dem Sitz aufrechterhalten werden und mithin kann die mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Schicht unter Verwendung von minimalem Unterbringungsraum, das bedeutet, in einer minimierten Größe für eine verbesserte Sitzintegration, an unterschiedliche Körpergrößen, -gewichte und - positionen anpassbar sein. Stoß und Reaktionskraft von Kolben oder Vorsprung 20 kann durch Verwalten des Luftdrucks im Raum 41 zwischen der Membran 14 und dem Rahmen 17 im Ganzen oder teilweise (z. B. in Zonen) unter Verwendung von Trennwänden im Raum 41 geregelt werden, wie beispielsweise nach Studien zu Druckverteilung bei Sitzbenutzung festgelegt werden kann.
Bei der vorliegenden Offenbarung sind, sofern nicht anders angegeben, alle Prozentsätze (%) gegebenenfalls Gewichtsprozent. Darüber hinaus sind die Ausdrücke „ein“ oder „eine“ als sowohl Singular als auch Plural einschließend zu interpretieren. Umgekehrt schließt jeder Verweis auf Elemente im Plural gegebenenfalls den Singular mit ein. Fachleute werden verstehen, dass relative richtungsanzeigende Ausdrücke wie oberer, unterer, rückwärtiger, vorderer etc. lediglich der Erklärung dienen und nicht dazu vorgesehen sind, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
Alle Patente oder Patentanmeldungen, auf die hierin verwiesen ist, sind hiermit hierin bezugnehmend enthalten, unabhängig davon, ob dies innerhalb des Textes dieser Offenbarung explizit so ausgeführt ist.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass zahlreiche Abwandlungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne dass vom Wesen und dem Umfang der neuartigen Konzepte des vorliegenden Films abgewichen wird. Es versteht sich, dass bezüglich der spezifischen dargestellten Ausführungsformen keinerlei Einschränkung vorgesehen ist oder abgeleitet werden soll. Die Offenbarung ist dazu vorgesehen, durch die angefügten Ansprüche alle Abwandlungen einzuschließen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/599137 [0001]
US 9215933 [0024, 0037]

Claims

Gepolsterte lasttragende Fläche, die Folgendes umfasst: eine Aufhängungsschicht; eine Membran; und eine Lastverteilungsschicht, wobei die Membran zwischen der Aufhängungsschicht und der Lastverteilungsschicht positioniert ist, wobei die Membran eine Grundfläche und mehrere geformte, ausgerichtete, kolbenähnliche Vorsprünge einschließt, die sich von der Grundfläche erstrecken und die Membran Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche definiert und sich in einer den Vorsprüngen gegenüberliegenden Richtung erstreckt, wobei die Vorsprünge unter Last aus einem ersten Zustand in einen zusammengepressten Zustand zusammenpressbar sind und bei Entfernen der Last in den ersten Zustand zurückkehren, wobei sich die Zwischenabschnitte biegen, um wenigstens einen Teilabschnitt der Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Vorsprünge zusammengepresst werden.
Fläche nach Anspruch 1, wobei die Membran aus einem Polymermaterial geformt ist und wobei wenigstens ein Teilabschnitt der Membran an den Zwischenabschnitten ausgerichtet ist.
Fläche nach Anspruch 2, wobei ein neben den Zwischenabschnitten liegender Teilabschnitt der Vorsprünge ausgerichtet ist.
Fläche nach Anspruch 3, wobei die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte mit einer Wanddicke, die geringer als eine Wanddicke der anderen Teilabschnitte der Vorsprünge ist, geformt sind.
Fläche nach Anspruch 1, wobei die Zwischenabschnitte einen U-förmigen Querschnitt aufweisen und wobei sich Wände der Zwischenabschnitte einrollen, um ein Zusammenpressen der Vorsprünge aufzunehmen.
Fläche nach Anspruch 1, wobei die Vorsprünge unabhängig voneinander geformt sind.
Fläche nach Anspruch 1, wobei die Vorsprünge einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Fläche nach Anspruch 1, wobei ein Raum zwischen der Membran und der Lastverteilungsschicht einen Luftverteiler definiert.
Fläche nach Anspruch 8, wobei der Luftverteiler ausgelegt ist, um ein Vakuum im Raum zwischen der Membran und der Lastverteilungsschicht zu erzeugen und/oder einen geheizten oder gekühlten Luftstrom aufzunehmen.
Geformte, mittels Kolben in Kästchen eingeteilte Membran für einen gepolsterten lastaufnehmenden Sitz, die eine Grundfläche und mehrere geformte, ausgerichtete, kolbenähnliche Vorsprünge, die sich von der Grundfläche erstrecken, umfasst, wobei die Membran Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche definiert und sich in einer Richtung erstreckt, die den Vorsprüngen gegenüberliegt, wobei die Vorsprünge unter Last aus einem ersten Zustand in einen zusammengepressten Zustand zusammenpressbar sind und bei Entfernen der Last in den ersten Zustand zurückkehren, wobei sich die Zwischenabschnitte biegen, um wenigstens einen Teilabschnitt der Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Vorsprünge zusammengepresst werden, wobei wenigstens ein Teilabschnitt der Membran an den Zwischenabschnitten ausgerichtet ist.
Membran nach Anspruch 10, wobei die Vorsprünge unabhängig voneinander geformt sind.
Membran nach Anspruch 10, wobei die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte mit einer Wanddicke, die geringer als eine Wanddicke der anderen Teilabschnitte der Vorsprünge ist, geformt sind.
Membran nach Anspruch 10, wobei die Zwischenabschnitte einen Rollradius aufweisen, um ein Zusammenpressen der Vorsprünge aufzunehmen.
Membran nach Anspruch 10, wobei die Vorsprünge einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Membran nach Anspruch 10, wobei die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte wählbar in einem Grad ausgerichtet sind, der sich von den verbleibenden Teilabschnitten des Vorsprungs unterscheidet.
Membran nach Anspruch 15, wobei die Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und die Zwischenabschnitte wählbar in einem Grad ausgerichtet sind, der größer als der der verbleibenden Teilabschnitte des Vorsprungs ist.
Verfahren zum Herstellen einer geformten, mittels Kolben in Kästchen eingeteilten Membran, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Membran, die aus einem Polymermaterial geformt ist, wobei die Membran eine Grundfläche und mehrere kolbenähnliche Vorsprünge, die sich von der Grundfläche erstrecken und Zwischenabschnitte zwischen jedem Vorsprung und der Grundfläche definieren, aufweist; Sichern der Membran in einer Gussform; und Ausrichten eines Teilabschnitts der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und der Zwischenabschnitte.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Ausrichtens der Teilabschnitte der Vorsprünge, die neben den Zwischenabschnitten liegen, und der Zwischenabschnitte das Ausüben von Spannung auf den Teilabschnitt der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und auf die Zwischenabschnitte einschließt.
Verfahren nach Anspruch 18, das den Schritt des Erwärmens des Teilabschnitts der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und der Zwischenabschnitte während des Ausrichtens einschließt.
Verfahren nach Anspruch 17, das den Schritt des Ausrichtens der Membran vor dem Schritt des Ausrichtens des Teilabschnitts der Vorsprünge, der neben den Zwischenabschnitten liegt, und der Zwischenabschnitte einschließt.