DE19601972C2 - Verfahren und Einrichtung zur Erfassung der Oberflächenkontur bei einem elastischen ,unter Belastung verformbaren Sitzpolster - Google Patents

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 und eine entsprechende Einrichtung 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 präpa­ rierten Sitzen mit in das Sitzpolster integrierten Meßappara­ turen und auch nur mit einer relativ geringen Anzahl von Meß­ punkten 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 belastete 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. Je­ des einzelne Kissen ist luftdicht verschlossen, mit Granulat gefüllt und mit einem Luftanschluß zum Belüften oder Evakuie­ ren 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 Kontur­ vermessung fixiert. Diese Art der Konturerfassung von sitzen­ den Menschen im Gesäß- und Rückenbereich bietet keinerlei An­ regungen für das umgekehrte Problem einer Konturermittlung von belasteten Polstern von realen Sitzen.

Die DE 39 17 992 A1 zeigt einen Kindersitz für Fahrzeuge, der auf die üblichen Fahrzeugsitze aufgesetzt und auf ihnen lage­ stabil fixiert wird. Der Kindersitzes enthält eine Sitzhart­ schale oder einen ähnlichen, grob körperangepaßten, formstabi­ len Sitzunterbau, worauf eine Kissenauflage von erheblicher Lagenstärke nach Art eines Sitzpolsters befestigt ist. Diese Kissenauflage besteht im wesentlichen aus einer vakuumdichten, mit einem Evakuierungsanschluß versehenen Kissenhülle, die mit einer Schüttung von losen Schaumstoffkügelchen gefüllt ist. Vor dem Einsitzen des Kindes in den Kindersitz ist die Kissen­ auflage belüftet und die Füllung locker und schmiegsam. Durch das Einsitzen des Kindes drückt sich die Rückseite seines Kör­ pers konturgenau in die Kissenfüllung ein. Die Kissenauflage wird in der durch Anschmiegen der Kissenfüllung an den Körper gefundenen Einsitzform durch Evakuieren stabilisiert und wäh­ rend der gesamten Fahrt fixiert. Das Kind wird dadurch mit großer Kontaktfläche sicher in dem Sitz aufgenommen. Die be­ kannte lagenstarke Kissenauflage hat also Polsterfunktion und dient einer lagesicheren Aufnahme des Kindes im Fahrzeug. Zu Meßaufgaben ist diese Kissenauflage weder vorgesehen noch ge­ eignet.

Der Erfindung liegt zum einen die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zu schaffen, mit dem es in einer technisch einfachen Weise mögliche 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.

Ausgehend von dem gewürdigten Stand der Technik wird diese Aufgabe erfindungsgemäß für das Verfahren durch die Gesamtheit der Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der Einrichtung durch die des Anspruchs 2 gelöst. Die dünne und flexible Meß­ matte kann leicht auf jedem beliebigen Sitz appliziert werden. Sie macht unter Last jede Verformung des Polsters widerstands­ los mit, kann jedoch in der jeweiligen Form durch Vakuum sta­ bilisiert 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 0,15 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 lagedefi­ nierten 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 Kunst­ stoff-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 2,0 mm. Die Meßmatte selbst, besitzt im gefüllten nichtevakuierten Zustand eine Mattendicke - Maß m - von 3 bis 8 mm; bevorzugt ist eine Mattendicke von 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 Sitz sitzenden Person verformten Oberflächenkontur eines elastischen Polsters des Sitzes, bei dem

• - auf die zu vermessende Oberfläche des Polsters im noch un­ belasteten Zustand eine Meßmatte (1) von geringer, gleich­ mäßiger Lagenstärke lagedefiniert aufgelegt wird, die belüf­ tet räumlich flexibel und von geringer Eigensteifigkeit ist, während sie durch Anlegen eines Vakuums in jedem beliebigen Verformungszustand zur Fixierung dieses Verformungszustandes versteift werden kann,
• - nach dem Auflegen der Meßmatte (1) auf das zu vermessende Polster dieses durch eine sich daraufsetzende Testperson oder durch einen diesen Vorgang simulierenden Sitzstempel belastet wird, wobei sich die Meßmatte (1) mit verformt,
• - anschließend die Meßmatte (1) durch Anlegen eines Vakuums versteift und der erhaltene, der verformten Oberfläche des Polsters entsprechende Verformungszustand der Meßmatte (1) vor der Entlastung des Sitzpolsters fixiert wird und
• - nach dem Aufstehen der Testperson vom Polster oder dem Ent­ fernen des Sitzstempels die dreidimensional verformte, form­ fixierte Meßmatte (1) vom Polster abgenommen und ihre Ober­ flächenkontur mit einem Mehrkoordinaten-Meßgerät ausgemessen wird.

2. Meßmatte (1) zur Erfassung der unter der Belastung durch eine auf einem Sitz sitzenden Person verformten Oberflä­ chenkontur eines elastischen Polsters des Sitzes, bestehend aus zwei an den Außenrändern miteinander vakuumdicht verbunde­ nen und mit einem verschließbaren Sauganschluß (3) versehenen, vakuumdichten Materialbahnen (2, 2′), zwischen die in den ein­ geschlossenen Zwischenraum flächendeckend, gleichmäßig stark und in geringer Lagenstärke ein Granulat (5) gefüllt ist, so daß die belüftete Meßmatte (1) räumlich flexibel und von ge­ ringer Eigensteifigkeit ist, während sie durch Anlegen eines Vakuums in jedem beliebigen Verformungszustand zur Fixierung dieses Verformungszustandes versteifbar 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 3, 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 einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) aus unregel­ mäßig geformten Körnern, vorzugsweise aus gezackten Raspeln oder Splittern besteht.

7. Meßmatte nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat (5) im Inneren der Meßmatte (1) eine Körnung (k) von 0,5 bis 5,0 mm, vorzugsweise von 1,0 bis 2,0 mm, auf­ weist.

8. Meßmatte nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gefüllte Meßmatte (1) im nichtevakuierten Zustand eine Mattendicke (m) von 3 bis 8 mm, vorzugsweise von 5 mm, be­ sitzt.

9. Meßmatte nach einem der Ansprüche 2 bis 8, 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 einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßmatte (1) nach außen begrenzenden Materialbah­ nen (2, 2′) Kunststoffolie, vorzugsweise aus Polyethylen, Po­ lypropylen oder aus Polyvinylchlorid, sind.

11. Meßmatte nach einem der Ansprüche 2 bis 10, 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 einem der Ansprüche 2 bis 11, 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.