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Die
Erfindung betrifft eine schwenkbare Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes,
die aus einem Rahmen besteht, der seitliche Tragholme aufweist.
Die unteren Holmenabschnitte sind für die Befestigung von bekannten
Verstellmechanismen zur Einstellung der Neigung der Rückenlehne,
sogen. Neigungsversteller ausgestaltet.
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Dem
Trend der Gewichtseinsparung bei Bauteilen im Kraftfahrzeugbau folgend,
wird der Einbau von leichten Rückenlehnen
für Kraftfahrzeugsitze,
insbesondere für
die sogenannte gehobene Fahrzeugklasse, zur Forderung. Als Werkstoff
für solche Rückenlehnenrahmen
bieten sich Leichtmetall-Legierungen und hier insbesondere Legierungen
aus Magnesium an. Die Rückenlehnenrahmen
werden im Druckgieß-Verfahren
oder in einem speziell entwickelten Thixomolding-Verfahren hergestellt.
Bei der Herstellung im Thixomolding-Verfahren werden verhältnismäßig hohe
Dehnungswerte des Werkstoffes erreicht.
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Nachteilig
gegenüber
Rückenlehnenrahmen aus
Stahl wirkt sich bei der Verwendung von Leichtmetall-Legierungen
die verhältnismäßig geringe Bruchdehnung
dieses Werkstoffes bei der Belastung des Rückenlehnenrahmens aus. Dies
wiederum beeinträchtigt
besonders nachteilig den Bereich der Verbindungsstellen des Rahmens
mit dem Neigungsversteller der Rückenlehne,
weil hier sehr hohe Momente beherrscht werden müssen, die aus den verhältnismäßig ungünstigen
Hebelverhältnissen
(etwa 10:1) zwischen der Oberkante des Rückenlehnenrahmens, den Verbindungsstellen
des Rahmens mit dem Neigungsversteller und dem Mittelpunkt der Schwenkachse
des Neigungsverstellers resultieren. Üblicherweise sind für die Verbindung
des Rückenlehnenrahmens
mit dem Neigungsversteller zwei Verbindungsstellen vorgesehen.
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Zur
Verbindung des Rückenlehnenrahmens mit
dem Neigungsversteller sind aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften
von Leichtmetall und Stahl Schweißverbindungen nicht möglich, weshalb
in diesem Fall auf eine Niet- oder Schraubenverbindung zugegriffen
wird, wobei die Möglichkeit,
zusätzlich
die Verbindung zu kleben, den Montageprozess verteuern und sich
auf eine Demontage hinsichtlich Materialtrennung bei der Wiederzuführung in
den Materialkreislauf ungünstig
auswirken würde und
deshalb nicht in Erwägung
gezogen wird.
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Die
bereits erwähnten
ungünstigen
Hebelverhältnisse
verursachen bei schlagartig auftretenden Lastspitzen, wie sie durch
Heckstöße auf das Fahrzeug
bei Unfällen
verursacht werden, in den lehnenseitig angeformten Verbindungsstellen
sehr hohe Spannungen im Werkstoff.
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Bei
Belastungstests mit Fahrzeugsitzen auf einer Schlitten-Crash-Anlage
hat es sich gezeigt, dass durch eine solche Beanspruchung ein profiliertes
Blechteil des Neigungsverstellers, das über ein erstes Bauteil mit
Verzahnung die Verbindung der Rückenlehne
zum Sitzteil darstellt, eine Verdrehbewegung vollführt, welche
sich daraus ergibt, dass sich das profilierte Blechteil nicht um
eine Biegeachse, die senkrecht auf den Flächen des Blechteils steht – dem Fachmann
sind die Begriffe "über die hohe
Kante biegen" oder
auch "Drillknicken" bekannt – verformen
läßt. Das
Blechteil beult aus, verbiegt sich, knickt ein und verliert damit
seine Tragfähigkeit.
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Das
Einknicken des Blechteils bewirkt aber, dass der Neigungsversteller
eine vollkommen andere Lage gegenüber seinen Verbindungsstellen
am Rückenlehnenrahmen
bekommt. Durch diese Lageänderung
wirken auf die Verbindungsstellen des Neigungsverstellers am Lehnenrahmen
zusätzliche
Biegekräfte
ein, die versuchen, die Verbindungsstellen für den Neigungsversteller aus
den Lehnenrahmenseitenwangen herauszuknöpfen.
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Diese
ungünstigen
Krafteinwirkungen verursachen den Bruch der Verbindungsstellen,
womit die abstützende
Aufgabe der Rückenlehne
nicht mehr erfüllt
wird.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anbindung des aus Leichtmetall
bestehenden Rückenlehnenrahmens
an den Neigungsversteller der Rückenlehne
zu schaffen, die eine verbesserte Beherrschung der auftretenden
hohen Momente bei einem Heckstoß auf
das Fahrzeug bietet und eine Dämpfung
der Spannungsspitzen durch eine gleichmäßigere Aufteilung der Spannungen
auf die Verbindungsstellen bewirkt, sowie dem Effekt des Ausknöpfens der
Verbindungsstellen aus dem Lehnenrahmen entgegenwirkt. Nachfolgend
wird die erfindungsgemäße Lösung des
Problems für
eine solche Anbindung beschrieben.
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Durch
eine aus der
DE 43
03 819 A1 grundsätzlich
bekannte Drei-Punkt-Verbindung
erfolgt eine sehr gleichmäßige Belastungsaufteilung,
welche in bevorzugter Weise so ausgebildet ist, dass die drei Verbindungsstellen
ein gleichseitig oder auch gleichschenkliges Dreieck bilden.
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Durch
diese Drei-Punkt-Verbindung werden zusätzlich die Hebelverhältnisse
zwischen der Oberkante des Rückenlehnenrahmens,
den Verbindungsstellen des Rahmens mit dem Neigungsversteller und
dem Mittelpunkt der Schwenkachse des Neigungsverstellers optimal
gestaltet.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rückenlehnen-Befestigung; und
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2 eine
schematische Darstellung der Hebelverhältnisse zwischen der Oberkante
des Rückenlehnenrahmens,
den Verbindungsstellen des Rahmens mit einem Neigungsversteller
und dem Mittelpunkt der Schwenkachse des Neigungsverstellers.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
bildet ein rechtwinkliges Dreieck die Verbindung, wobei die Verbindungsstelle 3 etwa
senkrecht über
der Verbindungsstelle 1 steht, wenn man als Basis hierzu
die Strecke zwischen den Verbindungsstellen 1 und 2 des
Dreieckes wählt.
Die Anordnung der Verbindungsstellen 1, 2, 3 hat
in diesem Ausführungsbeispiel
konstruktive Gründe.
Die Verbindungsstelle 3 könnte auch über der Verbindungsstelle 2 bzw.
den Möglichkeiten
entsprechend optimiert auch an eineranderen Stelle positioniert
werden. Durch die Anordnung der Verbindungsstellen 1, 2, 3 im
Dreieck wird der Lehnen-Abstützpunkt
B in Richtung des Kraftangriffspunktes (Lehnenoberkante) C gerückt und
dadurch die Hebelstrecke zwischen dem Rückenlehnendrehpunkt A und dem
Abstützpunkt
B verlängert bzw.
die Hebelstrecke B – C
verkürzt.
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Die
Hebelverhältnisse
sind in 2 zur besseren Erläuterung
vereinfacht und nicht maßstäblich gezeichnet.
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Ein über die
Verbindungsstelle 3 durch ein Befestigungselement 4 mit
dem Rückenlehnenrahmen 5 verbundener
zungenförmiger
Fortsatz 6 eines Neigungsverstellers 9 ist einstückig aus
einem aus Stahlblech mit einer Materialdicke von etwa 3 bis 4 mm
gefertigten Anschlussabschnitt 7 eines zweiten, eine Verzahnung
aufweisenden Bauteiles 8 des Neigungsverstellers 9 der
Rückenlehne 5 herausgebildet.
Dieser Anschlussabschnitt 7 weist zur Aufnahme der Befestigungselemente 4 für die Verbindungsstellen 1 und 2 zwei
weitere, hier nicht dargestellte Bohrungen auf.
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Der
zungenförmige
Fortsatz 6 wird in erster Linie in Schwenkrichtung der
Rückenlehne
um ihren Drehpunkt A im Neigungsversteller 9 belastet und muss
in seinem mittleren Abschnitt im Querschnitt (a) so ausgestaltet
sein, dass er einerseits nicht zu steif, andererseits nicht zu schwach
ist. Bei einem zu kräftig
ausgebildeten Querschnitt tragen die Verbindungsstellen 2 und 3 die
Hauptlast, während
die Verbindungsstelle 1 nur einen geringen Lastanteil in nicht
wünschenswerter
Weise zu tragen hat.
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Als
zweite Aufgabe hat der zungenförmige Fortsatz 6 die
Abstützung
der Verbindungsstellen 1, 2, 3 gegen
das bereits beschriebene Ausknöpfen
vorzunehmen, wenn bei Überlast
der Neigungsversteller 9 eine andere Lage gegenüber seiner
ursprünglichen Position
einnehmen will. Es entsteht also an den Verbindungsstellen 1, 2, 3 eine
Verstärkung,
wie sie aus dem Werkstoff des Lehnenrahmens 5 selbst nicht ausreichend
herausgearbeitet werden kann, weil dadurch wiederum unerwünschte Materialanhäufungen an
den üblichen
Verbindungsstellen entstünden
und durch diese Versteifungen um die Verbindungsstellen herum die
Wandungen des Lehnenrahmens ausreißen würden.
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Die
Ausbildung des Querschnittes (a) des zungenförmigen Fortsatzes 6 hat
demnach so zu erfolgen, dass er sich unter Überlast in seinem Querschnitt
(a) in festgelegten Grenzen biegend plastisch verformen kann, womit
eine gleichmäßige Lastverteilung
auf alle Verbindungsstellen 1, 2, 3 zustandekommt
und damit die auf die Verbindungsstellen 1, 2, 3 einwirkenden
Spitzenspannungen durch Energieaufnahme gedämpft in den Neigungsversteller 9 der Rückenlehne 5 abgeleitet
werden. Der Querschnitt (a) im mittleren Abschnitt 11 des
zungenförmigen Fortsatzes 6 läßt sich
mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) den Erfordernissen einer
definierten Belastung rechnerisch anpassen.
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Um
dem Ausbeulen des zungenförmigen Fortsatzes 6 beim
Verformen entgegenzuwirken und um die Seitenstabilität an den
Verbindungsstellen 1, 2, 3 zu verbessern,
ist ein weiterer zungenförmiger Fortsatz 12 vorgesehen,
der einstückig
aus dem Halteblech 13 des Neigungsverstellers 9 herausgearbeitet
ist.
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Das
aus Stahlblech mit einer Materialstärke von etwa 2 bis 2,5 mm gefertigte
Halteblech 13 hat die Aufgabe, dem Aufklaff-Effekt des
Verstellgetriebes des Neigungsverstellers 9, bei dem eine
Verzahnung eines ersten Bauteils 14 in die Verzahnung des zweiten
Bauteils 8 eingreift, bei dessen Radialbelastung entgegenzuwirken.
Es ist zum einen mit den Befestigungselementen 4 der Verbindungsstellen 1 und 2 sowie
zum anderen durch eine Schweißverbindung 15 im
Abschnitt zwischen den Verbindungsstellen 1 und 2 mit
dem zweiten Bauteil 8 des Neigungsversteller 9 fest
verbunden.
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Der
zungenförmige
Fortsatz 12 des Haltebleches 13 ist nicht mit
dem zungenförmigen,
in der Verbindungsstelle 3 endenden Fortsatz 6 fest
verbunden, sondern liegt nur auf diesem auf. Dadurch kann sich bei
einem auftretenden Überlastfall
der in der Verbindungsstelle 3 endende zungenförmige Fortsatz 6 zwar
unter dem aus dem Halteblech 13 herausgearbeiteten zungenförmigen Fortsatz 12 bewegen,
aber nicht seitlich ausbeulen. Zur Versteifung ist der zungenförmige Fortsatz 12 des
Haltebleches 13 mit einer Profilierung 16 versehen,
die eine Durchbiegung um eine durch den flachen Querschnitt des
zungenförmigen
Fortsatzes 12 des Halteblechs 13 verlaufende Achse
erschwert.
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Im
Zusammenwirken des zungenförmigen Fortsatzes 6 des
zweiten Bauteiles 8 mit dem zungenförmigen Fortsatz 12 des
Haltebleches 13 ist eine ausreichende Abstützung bei
guter Dämpfung
der auftretenden Überlastspitzen
und gegen das Verbiegen des Rückenlehnenrahmens 5 im
Bereich der Verbindungsstellen 1, 2, 3 gewährleistet.