DE19601972A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erfassung der Oberflächenkontur bei einem elastischen ,unter Belastung verformbaren Sitzpolster - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Erfassung der Oberflächenkontur bei einem elastischen ,unter Belastung verformbaren SitzpolsterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der unter
der Belastung durch eine auf einem beliebigen Sitz sitzenden
Person verformten Oberflächenkontur eines elastischen Polsters
des Sitzes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine
Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2 zur Ausübung
des Verfahrens.
Bei der Entwicklung von Sitzen für Kraftfahrzeuge ist es bei
höheren Komfortansprüchen an die Sitzpolster notwendig, deren
Form am fertigen Sitz, ausgebildet unter Belastung der auf
diesem sitzenden Person, reproduzierbar erfassen zu können.
Bisher war dies nur in komplizierter Weise bei speziell
präparierten Sitzen mit in das Sitzpolster integrierten Meßap
paraturen und auch nur mit einer relativ geringen Anzahl von
Meßpunkten möglich. Eine Konturerfassung unter Last bei belie
bigen Sitzen, z. B. bei einbaufertig hergestellten, in ein
Kraftfahrzeug einzubauenden Sitzen für eine Fertigungsüberwa
chung, bei Sitzen von Fremdfabrikaten für Vergleichsmessungen
oder bei länger im Gebrauch befindlichen Sitzen ist mit den
bekannten Meßapparaturen nicht möglich.
Aus der DE 37 34 023 C2 ist eine Meßmatte zur Erfassung von
Druckverteilungen, insbesondere zur Messung auf gekrümmten
Oberflächen, bekannt. Es handelt sich dabei um eine Kraft
messung durch Messen der Änderung der Kapazität oder Induk
tivität über eine Meßmatte. Mit einer solchen Meßmatte kann
jedoch lediglich die Druckverteilung im belasteten Sitzbe
reich, nicht jedoch die Oberflächenkontur erfaßt werden.
Die DE 40 01 100 A1 zeigt einen Prüfsitz zur Ermittlung der
Körperkontur von Personen beim Sitzen. Hierbei ist nicht der
Sitz oder dessen Polsterung Gegenstand von Ermittlungen, son
dern der Mensch oder dessen beim Sitzen belasteten Körper
teile. Es soll die Körperkontur beim Sitzen vom Gesäß über den
Lordosenbereich bis in den Nackenbereich erfaßt werden. Auch
eine Erfassung der seitlichen Körperkontur beim Sitzen wird
angestrebt. Der Sitz ist hierbei das Meßmittel. Der bekannte
Prüfsitz ist aus mehreren körpergerecht von einem formstabilen
Rahmen gehalterten, einzelnen Kissen gebildet, die ihrerseits
zu einem zusammenhängenden Verbund aneinandergereiht sind.
Jedes einzelne Kissen ist luftdicht verschlossen, mit Granulat
gefüllt und mit einem Luftanschluß zum Belüften oder
Evakuieren versehen. Zum Ermitteln der Körperkontur einer
Person setzt sich diese auf den Prüfsitz. Unter der Last der
Person nehmen die einzelnen Kissen die Kontur des Körpers an.
Durch Evakuieren der Kissen wird diese Kissenform vor dem
Aufstehen der Person von dem Prüfsitz stabilisiert und für
eine Konturvermessung fixiert. Diese Art der Konturerfassung
von sitzenden Menschen im Gesäß- und Rückenbereich bietet
keinerlei Anregungen für das umgekehrte Problem einer
Konturermittlung von belasteten Polstern von realen Sitzen.
Der Erfindung liegt zum einen die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zu schaffen, mit dem es in einer technisch einfachen
Weise möglich ist, die Oberflächenkontur von einem elastischen
Polster eines beliebigen realen Sitzes, das von einer darauf
sitzenden Person belastet und verformt wird, reproduzierbar zu
erfassen; ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrich
tung zur Ausführung des Verfahrens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der
Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
2 gelöst. Die dünne und flexible Meßmatte kann leicht auf je
dem beliebigen Sitz appliziert werden. Sie macht unter Last
jede Verformung des Polsters widerstandslos mit, kann jedoch
in der jeweiligen Form durch Vakuum stabilisiert und zu
Meßzwecken fixiert werden. Die Meßmatte zur Durchführung des
Verfahrens besteht aus zwei an den Außenrändern miteinander
vakuumdicht verbundenen, z. B. verschweißten und mit einem ver
schließbaren Sauganschluß versehenen, dünnwandigen Bahnen,
z. B. Kunststoffolien und der ausgebildete Zwischenraum ist
flächendeckend und gleichmäßig stark mit einem Granulat ge
füllt.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Meßmatte können den Unteran
sprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend noch näher erläutert, dabei zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht auf eine Meßmatte (links) bzw. ein Schnitt
durch eine Meßmatte (rechts, stark vergrößert) in ebe
nem Zustand vor der Versuchsdurchführung und
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der belasteten, ver
formten und durch Evakuieren im Verformungszustand
fixierten Meßmatte gemäß Fig. 1.
Die in den Figuren dargestellte Meßmatte 1 ist räumlich sehr
flexibel und besitzt eine geringe Eigensteifigkeit. Die Außen
wandungen 2, 2′ der Meßmatte bestehen aus Kunststoffolie mit
einer Wanddicke - Maß s - von 0,1 bis 1,00 mm, z. B. aus Poly
ethylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid. Zwei Kunststoffolien
sind U-förmig zu einer Tasche übereinandergeschlagen
und an den Außenrändern mit einer Schweißnaht 4 vakuumdicht
miteinander verschweißt. In den zwischen den Materialbahnen
eingeschlossene Zwischenraum ist ein bestimmtes Granulat 5
gleichmäßig stark, aber in einer geringen Lagenstärke einge
füllt; auf das Granulat wird weiter unten näher eingegangen.
An drei Umfangsseiten sind dreieckige Zipfel 8 zum lagedefinierten
Ausrichten der Meßmatte 1 auf der Oberfläche des Sitz
polsters vorgesehen. An einer Umfangsseite ist am Rand der
Meßmatte ein Vakuumanschluß 3 angeordnet, der durch einen
kleinen, am Meßmatten-Rand zwischen die Folien eingeschweißten
Vakuumschlauch gebildet ist. In den Vakuumanschluß ist ein
Filter 6 zum Zurückhalten des Granulates 5 sowie ein in Rich
tung zur Meßmatte hin selbsttätig sperrendes, vakuumdicht
schließendes Rückschlagventil 7 integriert.
Das in das Innere der Meßmatte 1 eingefüllte Granulat 5 be
steht in einer Variante aus einem rieselfähigen Kunststoff-
Weichschaum, vorzugsweise aus Polystyrol-Weichschaum. Die Gra
nulatpartikel können aus Splittern oder Raspeln bestehen, die
durch Zermahlen von Polystyrolschaumblöcken erhalten werden.
Auch rieselfähige Tonerdekörner oder ein entsprechendes Alumi
niumgranulat haben sich als Füllmaterial für die Meßmatte als
geeignet erwiesen. Das Granulat 5 besitzt eine Körnung - Maß k
- von 0,5 bis 5,0 mm, insbesondere von 1,0 bis 1,5 mm. Die
Meßmatte selbst besitzt im gefüllten nichtevakuierten Zustand
eine Mattendicke - Maß m - von 2 bis 8 mm, bevorzugt ist eine
Mattendicke von weniger als 5 mm.
Zur Durchführung einer Konturvermessung der Oberfläche eines
Sitzpolsters wird zuerst auf die zu vermessende Oberfläche im
noch unbelasteten Zustand eine Meßmatte der beschriebenen Art
lagedefiniert aufgebracht, worauf anschließend durch eine den
Sitz belastende Testperson das Sitzpolster und - konturgleich
mit ihm - auch die Meßmatte verformt wird. Danach wird der er
haltene, der verformten Oberfläche des Sitzpolsters entspre
chende, dreidimensionale Verformungszustand der Meßmatte durch
Anlegen eines Vakuums an das Innere der Meßmatte fixiert, wo
bei der Meßmatte eine hohe, dem jeweiligen Verformungszustand
entsprechende Eigensteifigkeit verliehen wird. Die mit der
formgetreu fixierten Sitzkontur versehene Meßmatte kann wie
eine Sitzschale von dem Sitz entnommen werden - siehe Fig. 2.
Die in dem Verformungszustand der Oberfläche des Sitzpolsters
fixierte Meßmatte ist dabei ausreichend eigenelastisch, so daß
beim Aufstehen der Testperson vorübergehend eintretende, zwar
ungewollte aber unvermeidliche Verformungen nicht erhalten
bleiben; vielmehr bildet sich die ursprüngliche, dem Meßzu
stand entsprechende Form aufgrund der Eigenelastizität selbst
tätig wieder zurück. Daraufhin wird die entnommene, formfi
xierte Meßmatte bezüglich ihres Verformungszustandes mit einem
Mehrkoordinaten-Meßgerät in bekannter Weise ausgemessen. In
dem Verformungszustand der Meßmatte nach Fig. 2 sind die
beiden Oberschenkeleindrücke 9 und die Ausbildung der Ge
säßmitte 10 erkennbar.
Bei der Herstellung eines bestimmten Ausführungsbeispieles
einer Meßmatte wurde eine Polyethylenfolie mit einer Dicke von
0,13 mm U-förmig zu einer Tasche gefaltet und diese an den
Rändern verschweißt; die Dicke der Tasche aus der Kunststoffo
lie ohne Füllstoff betrug 0,52 mm; die Länge 54 cm und die
Breite 43 cm. Die Tasche wurde mit Polystyrol-Weichschaum
splittern mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm, die durch Zer
mahlen von Polystyrol-Weichschaumblöcken erhalten worden wa
ren, gefüllt. Die Dicke der gefüllten Tasche betrug 5 mm. Der
Durchmesser des Sauganschlusses 3 an der Einfüllstelle in die
Tasche betrug 4 mm.
Die solcherart hergestellte Meßmatte wurde zum Konturerfassen
auf das Sitzpolster eines Kraftfahrzeugsitzes aufgelegt und
eine Testperson von 75 kg Körpergewicht nahm auf dem Sitz
Platz. Bevor die Testperson ihren Platz wieder verlassen
hatte, wurde an die Meßmatte mit einer Wasserstrahlpumpe wäh
rend eines Zeitraumes von 10 bis 20 Sekunden ein Vakuum ange
legt und die verformte Meßmatte in ihrem Zustand fixiert. Die
Meßmattendicke in diesem Zustand betrug etwa 1 bis 2 mm; die
Kontur der Oberfläche des Sitzpolsters war in der fixierten
Meßmatte einwandfrei und scharfumgrenzt wiedergegeben. Für ein
korrektes Erfassen der ausgebildeten Kontur bei der Meßmatte
ist es wesentlich, daß vor dem Entlasten des Sitzpolsters sei
tens der Testperson die Vakuumpumpe abgeschaltet, das Vakuum
also nicht mehr gesteigert wird. Wird nämlich nach dem Entla
sten das Vakuum noch weiter gesteigert, so kann es passieren,
daß sich die Form der frei liegenden Meßmatte verändert. Es
hat sich als optimal herausgestellt, innerhalb einer Zeit
spanne von 60 Minuten nach der Entlastung der Meßmatte oder
nach dem Abstellen des Vakuums die Meßmatte zu vermessen. Bis
zu 35 Minuten lang bleibt bei entlasteten, evakuierten Meßmat
ten die Formgenauigkeit sehr gut erhalten; es lassen sich in
nerhalb dieser Zeit nur geringe Vergrößerungen der Eckradien
feststellen. Nach 60 Minuten geht das Vakuum in der Meßmatte
in geringem Umfange zurück und es treten Formveränderungen
ein.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß
das Verfahren zur Erfassung der Oberflächenkontur bei einem
elastischen Sitzpolster ohne besondere Vorkehrungen an jedem
beliebigen Kraftfahrzeugsitz und mit jeder beliebigen Testper
son durchgeführt werden kann. Durch die Meßmatte und das mit
ihr mögliche Meßverfahren wird ein großer Zeitgewinn bei der
Entwicklung von Kraftfahrzeugsitzen erreicht. Zur Vermessung
der verformten und stabilisierten Meßmatte können übliche,
konventionelle Mehrkoordinaten-Meßgeräte eingesetzt werden,
wodurch auf eine einfache Weise eine große Datenfülle über den
durch die Belastung hervorgerufenen Verformungszustand des
Sitzpolsters erhalten wird. Selbstverständlich kann das
erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung der Oberflächenkontur
von Sitzpolstern bei der Sitzentwicklung für Kraftfahrzeuge
aller Art, z. B. von Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder
Bussen und für Eisenbahnwagen, Flugzeuge oder auch für
Polstermöbel im Wohnbereich eingesetzt werden.
Claims (12)
1. Verfahren zur Erfassung der unter der Belastung durch eine
auf einem beliebigen Sitz sitzenden Person verformten
Oberflächenkontur eines elastischen Polsters des Sitzes,
gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit
folgender Merkmale:
- - auf die zu vermessende Oberfläche des Polsters wird im noch unbelasteten Zustand eine Meßmatte (1) lagedefiniert auf gebracht,
- - die Meßmatte (1) ist im pneumatisch entlasteten Zustand räumlich flexibel und besitzt in diesem Zustand eine geringe Eigensteifigkeit und sie kann in jedem beliebigen Verfor mungszustand durch Anlegen eines Vakuums versteift werden und es kann dadurch der jeweilige Verformungszustand der Meßmatte (1) fixiert werden,
- - nach dem Auflegen der Meßmatte (1) auf das zu vermessende Polsters wird das Polster durch eine auf ihm sitzende Test person oder durch einen diesen Vorgang simulierenden Sitz stempel belastet und dabei die Meßmatte (1) mit verformt,
- - anschließend wird die Meßmatte (1) durch Anlegen eines Vakuums versteift und der erhaltene, der verformten Oberflä che des Polsters entsprechende Verformungszustand der Meßmatte (1) vor der Entlastung des Sitzpolsters fixiert,
- - nach dem Aufstehen der Sitzperson vom Polster oder dem Ent fernen des Sitzstempels wird die dreidimensional verformte, formfixierte Meßmatte (1) vom Polster entnommen und ihre Oberflächenkontur mit einem Mehrkoordinaten-Meßgerät in bekannter Weise ausgemessen.
2. Meßmatte zur Erfassung der unter der Belastung durch eine
auf einem beliebigen Sitz sitzenden Person verformten Oberflä
chenkontur eines elastischen Polsters des Sitzes, zur Ausübung
des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßmatte (1) aus zwei an den Außenrändern miteinander
vakuumdicht verbundenen, insbesondere verschweißten (Schweiß
naht 4) und mit einem verschließbaren Sauganschluß (3) verse
henen vakuumdichten Materialbahnen (2, 2′), insbesondere
Kunststoffolien gebildet ist und daß der zwischen den Materi
albahnen (2, 2′) eingeschlossene Zwischenraum flächendeckend
und gleichmäßig stark mit einem Granulat (5) gefüllt ist.
3. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) aus einem
rieselfähigen Kunststoff-Weichschaum besteht.
4. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) aus Polysty
rol-Weichschaum besteht.
5. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) aus Tonerde
körnern oder Aluminiumgranulat besteht.
6. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) aus unregel
mäßig geformten Körnern, insbesondere aus gezackten Raspeln
oder Splittern besteht.
7. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) eine Körnung
(k) von 0,5 bis 5,0 mm, insbesondere von 1,0 bis 2,0 mm, auf
weist.
8. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit einem Füllstoff gefüllte Meßmatte (1) im nichteva
kuierten Zustand eine Mattendicke (m) von 3 bis 8 mm, insbe
sondere von 5 mm, besitzt.
9. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Meßmatte (1) nach außen begrenzenden Materialbah
nen (2, 2′) eine Wanddicke (s) von 0,1 bis 0,15 mm besitzen.
10. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Meßmatte (1) nach außen begrenzenden Materialbahn
(2, 2′) eine Kunststoffolie ist, die aus Polyethylen, Polypro
pylen oder aus Polyvinylchlorid besteht.
11. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Sauganschluß (3) der Meßmatte (1), der durch einen
kleinen, am Meßmatten-Rand eingeschweißten Vakuumschlauch ge
bildet ist, ein Filter (6) zum Zurückhalten des Granulates (5)
sowie ein in Richtung zur Meßmatte (1) hin selbsttätig sper
rendes, vakuumdicht schließendes Rückschlagventil (7) inte
griert ist.
12. Meßmatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß an mindestens drei Seitenrändern der Meßmatte (1) mittig
jeweils mindestens ein definiert geformter, vorzugsweise drei
eckiger oder quadratischer Zipfel (8) zum lagedefinierten Aus
richten der Meßmatte (1) auf der Polsteroberfläche angeformt
ist.
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