DE19625785A1 - Sitzlehne für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sitzlehne für ein Kraftfahrzeug aus faserverstärktem Kunststoff.

Aus der DE-A 40 42 063 und der EPA 03 69 395 sind faserverstärkte Flächengebilde bekannt, die dreidimensional verformbar und im verformten Zustand durch Aufschmelzen und Abkühlen der in den Flächengebilden vorhandenen thermoplastischen Fasern fixierbar sind. Aus solchem Halbzeug lassen sich verhältnismäßig schnell und mit nur geringem Aufwand faserverstärkte Formkörper herstellen, wobei das Halbzeug als Stoffbahn, aus der dann einzelne Rohlinge herausgetrennt werden, ausgebildet sein kann. Aus dem Halbzeug bzw. den Rohlingen lassen sich beispielsweise Ummantelungen für Behälter bilden, die eine Sicherheit gegen Aufplatzen bei gewaltsamer Deformation verleihen sollen.

Aus DE 36 16 791 A, 27 47 910 A und der CH-PS 47 86 50 sind Verfahren bekannt zur Herstellung von Stäben, Stangen oder Rohren aus faserverstärktem Kunststoff. Diese Her­ stellung erfolgt durch Aufziehen eines Schlauches aus Verstärkungsfasern auf einen Kern, Tränken der Verstärkungsfasern mit einem Harz und Aushärten des Harzes.

All diesen Gegenständen ist gemeinsam, daß sie verhältnismäßig einfache Geometrien haben. Zur Herstellung aufwendiger Körper wird das faserverstärkte Kunststoffteil in der Regel auf einen Kern maßgeschneidert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine einfache Fertigung einer Sitzlehne aus faser­ verstärktem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, die funktionelle Verstärkungen enthalten soll.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Sitzlehne gelöst mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Sitzlehne eines Kraftfahrzeugs, d. h. eine solche für Einzelsitze, eine Sitzbank oder auch eine teilbare Sitzbank, wird aus einem textilen Halbzeug oder einem hiervon abgetrennten Rohling (der Rohling kann auch als Einzelstück gefertigt sein), insbesondere einer textilen Fläche oder einem textilen Strumpf, hergestellt, die aus einem Fasermaterial hergestellt sind, das in dem Halbzeug oder Rohling flächig ungleichmäßig verteilt ist. Diese ungleichmäßige Verteilung ist derart gestaltet, daß nach einer Umformung des Halbzeugs/Rohlings in die Gestalt der Sitzlehne das Fasermaterial entsprechend einem Belastungsprofil derselben, insbesondere bei einem Crash, liegt. Der Umformungsgrad (Tiefziehgrad) beträgt an einer Stelle vorteilhaft mindestens 30% und insbesondere min­ destens 40%. In dieser Form wird das umgeformte Halbzeug/Rohling konsolidiert, d. h., sein Kunststoffanteil wird zur Bildung einer Matrix aufgeschmolzen und wieder verfestigt. Durch die Verwendung des flächig, ungleichmäßig aufgebauten Halbzeugs/Rohlings und das Umformen unter Veränderung der Ungleichverteilung in diesem wird erreicht, daß der konsolidierte Körper eine derart verteilte Faserverstärkung aufweist, daß diese den bei einer bestimmungsgemäßen Benutzung des Körpers oder bei einem Crash in diesem auf­ tretenden Beanspruchungen, verursacht durch mechanische Belastungen, angepaßt ist. Hierdurch wird eine Optimierung der Festigkeit des Körpers erreicht, da dieser in seinen höherbelasteten Bereichen entsprechend verstärkt ist.

Das textile Halbzeug kann als Endlosstück hergestellt sein, von dem dann einzelne Abschnitte (Rohlinge) abgetrennt werden. Aufgebaut ist das Halbzeug/Rohling vorteilhaft aus thermoplastischen Matrixfasern und vorwiegend als Verstärkung und/oder Versteifung wirkenden Fasern, die miteinander verwebt oder verflochten sein können. D. h., die Matrixfasern und Verstärkungsfasern können nebeneinander zu dem Halbzeug/Rohling verarbeitet sein oder aber auch, besonders vorteilhaft, vor der Verarbeitung zu dem Halb­ zeug/Rohling zu einem sogenannten Hybridgarn verarbeitet sein, aus dem dann das Halb­ zeug/Rohling ggf. unter Verwendung weiterer Fasern hergestellt wird. Das Halb­ zeug/Rohling ist derart gestaltet, daß durch eine Überlänge von bei der Verarbeitung nicht schmelzenden Verstärkungsfasern im Vergleich zu den schmelzbaren Matrixfasern die Umformbarkeit, Tiefziehfähigkeit und Drapierbarkeit der thermoplastischen Matrixfasern im Verarbeitungsprozeß nicht signifikant eingeschränkt wird, da im wesentlichen nur die Matrixfasern plastisch verformbar bzw. verstreckbar sind, die Verstärkungsfasern dagegen nur ausgerichtet und gestreckt werden. Die Konfektionierung jeder einzelnen Lage des Halbzeugs/Rohlings erlaubt es, Faseranteile, Fasertiter, Fasermaterialien Kette/Schuß- Verhältnisse gezielt örtlich zu variieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, pulvrige Zusätze sowie Partikel und Kurzfasern in das Halbzeug/Rohling einzubringen.

Die Herstellung des Bauteils kann ein- oder mehrlagig erfolgen, wobei bei der Verwendung mehrerer Lagen gezielt weitere Verstärkungen in den Körper eingebracht werden können, wobei durch unterschiedliche Formgebung auch Hohlräume und/oder Spalte eingebracht werden können. Die Konsolidierung des umgeformten Halbzeugs/Rohlings erfolgt vorteil­ haft unter dem Einfluß von Wärme und Druck in einem Werkzeug, wobei die Verstärkungs­ fasern und/oder die Matrixfasern als Roving, Garn oder Zwirn allein und/oder zusammen­ gefaßt bzw. vermischt vorliegen. Zur Kennzeichnung bzw. Beeinflussung von physikali­ schen Eigenschaften, insbesondere der Duktilität und Zähigkeit können die Fasern in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen (bezogen auf die Sitzlehne) mit unterschiedlicher flächiger Verteilung eingebracht sein. Zur Umformung des Halbzeugs/Rohlings vor der Konsolidierung bietet sich insbesondere das Tiefziehen an. Bei der Vorkonfektionierung des Halbzeugs werden auf die Geometrie und das Anforderungsprofil des Fertigteils ab­ gestimmte, vorzugsweise örtlich verschiedene Fasermaterialien zur Verstärkung/als Matrix eingesetzt, wobei Fasertiter und/oder Kette-Schuß-Anteile variiert werden können, um so im konsolidierten Bauteil gezielte Faserrichtungswinkel, Faservolumenanteile und damit die physikalischen Eigenschaften einzustellen. Es ist unter anderem möglich, Bereiche mit konstanter Wandstärke und lokal veränderlichen Verstärkungsfaservolumenanteilen, respektive physikalischen Eigenschaften, ebenso wie Bereiche mit lokal veränderlichen Wandstärken und konstanten Faservolumenanteilen/physikalischen Eigenschaften zu rea­ lisieren. Bei der Herstellung des Körpers können Aussparungen, Bohrungen, Durchbrüche, z. B. für Griffe, Ablagen, Montageöffnungen, ohne Durchtrennen von verstärkenden Fasern z. B. durch Aufweiten von Faserabständen mit und ohne Trennung von Matrixfasern beim Einlegen in die Form im nicht konsolidierten Zustand durch eine geeignete Werkzeuggestal­ tung realisiert werden. Durch ein Verschieben der Faserabstände wird hierbei gleichzeitig erreicht, daß sich eine dem Kraftfluß angepaßte Verstärkungsfaserorientierung ergibt. Gleichzeitig können mit der Konsolidierung weitere Elemente mit dem Bauteil verbunden werden, wie z. B. Befestigungsmittel und/oder ein Versteifungsrohr.

Als Matrixmaterial eignen sich insbesondere Kunststoffasern, vorzugsweise aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder auch andere Thermoplaste, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als das Verstärkungsfasermaterial. In dem Halbzeug liegt das Matrix­ material derart in fester Form vor, daß ein Kaltumformen, z. B. Drapieren, möglich ist, wobei eine vorhandene Gestaltfestigkeit die Aufnahme von Kräften ermöglicht.

Als Verstärkungsfasern kommen Fasern zum Einsatz, die bei der Verarbeitung des Halb­ zeugs zum Verbundbauteil im wesentlichen nur gestreckt werden und hierbei im wesentli­ chen keine Veränderung ihres Querschnitts erfahren. Als Verstärkungsfasern eignen sich die üblicherweise in Kunststoffverbundbauteilen verwendeten Verstärkungsfasern, die aus organischem oder anorganischem Material sein können. Für organisches Material kommen insbesondere hochfeste Polymere zur Anwendung, wie beispielsweise Polyester, Aramid und ggf. auch andere, vorzugsweise hochschmelzende Kunststoffe wie Polysulfone oder auch Polypropylen. Als anorganische Fasern kommen insbesondere zur Anwendung Glas­ fasern, Kohlenstoffasern (Carbonfasern), Keramikfasern oder auch Metallfasern. Von besonderem Vorteil in der vorliegenden Erfindung ist der X-, Y- oder V-förmige Verstär­ kungsbereich, in dem festere Verstärkungsfasern und/oder mehr Verstärkungsfasern (bei gleicher oder höherer Dichte) als in den hierzu benachbarten Flächen der Sitzlehne vorliegen. Diese in etwa diagonal verlaufenden Verstärkungsbereiche sind hochfest aus­ gelegt, so daß sie im Falle eines Crashs eine Schutzfunktion gegen "fliegende Körper" in dem Kraftfahrzeug bilden. Diese Sitzlehne ist von geringem Gewicht und ersetzt übliches Lehnenblech bei gleichem oder gar verbesserten Aufprallschutz.

Die X-, Y- oder V-förmigen Verstärkungsbereiche, die sich leicht durch entsprechende Kon­ fektionierung des Halbzeugs/Rohlings einbringen lassen, finden sich vorzugsweise in ihrer gegebenen Schreibweise, ggf. auch spiegelverkehrt in der Sitzlehne wieder. Je nach Aus­ führungsform ist jedoch auch eine auf Kopfstellung oder 90° Verdrehung möglich. Auch können einzelne Schenkel verkürzt sein und/oder in einem von der Schrifttype abweichen­ den Winkel angeordnet sein. Die Verstärkungsbereiche erstrecken sich vorteilhaft weit­ gehend über die Ausdehnung der Sitzlehne, d. h. insbesondere von einer Kante zur gegen­ überliegenden Kante und vorzugsweise von der Oberkante zu Unterkante. Vorzugsweise beträgt die Schrägstellung der Schenkel der X-, Y- oder V-förmigen Verstärkungsbereiche 20° bis 70° zur Senkrechten, insbesondere 20° bis 50° und besonders vorteilhaft 20° bis 40°. Vorteilhaft enden die Schenkel auch mit zumindest einem Ende an den Kanten und/oder in einer Ecke der Sitzlehne, insbesondere den oberen Ecken. Durch diese Aus­ gestaltungen wird mit dem verwendeten Material eine hochfeste Rückenlehne erstellbar.

Zur weiteren Versteifung der Lehne sind vorzugsweise in derem Randbereich ebenfalls die oben beschriebenen Verstärkungsbereiche eingebracht, wobei diese insbesondere in den senkrechten und in der Unterkante schwächer ausfallen können. Vorzugsweise bekommt die Oberkante ebenfalls einen verhältnismäßig steif ausgebildeten Verstärkungsbereich. Alternativ oder zusätzlich kann hier ein Verstärkungsprofil eingeformt sein, beispielsweise eine Abkantung oder ein Rohr, wobei auch ein Verstärkungsgegenstand, wie beispielsweise ein Metallrohr eingelegt sein kann. Weiterhin können in die Sitzlehne zusätzlich Rippen, insbesondere mäanderförmige Rippen eingeformt sein, die einer weiteren Versteifung der Sitzlehne dienen.

Vorzugsweise sind insbesondere in die oberen Ecken der Sitzlehne, vorteilhaft verbunden mit einem oder mehreren Enden der Verstärkungsbereiche, Befestigungsmittel eingebaut, die einer Verankerung der Lehne untereinander (teilbare Rückenlehne) bzw. mit der Karosserie dienen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher beschrieben.

Die Figur zeigt den linken Teil einer Rücksitzbanklehne.

Eine Lehne 1 für ein Kraftfahrzeug ist hergestellt aus einem textilen flächigen Rohling 2, der einen X-förmigen Verstärkungsbereich 3 aufweist. Dieser endet mit seinen oberen Schenkeln 4 und 5 in den oberen Ecken 6 und 7 der Lehne 1, wobei dort zusätzlich entlang dem oberen Rand 8 der Lehne 1 ein horizontaler Verstärkungsbereich 9 vorgesehen ist, der die oberen Enden 6 und 7 der Schenkel 4 und 5 miteinander verbindet. Zur weiteren Verstei­ fung der Lehne 1 sind seitliche Verstärkungsbereiche 10 und 11, die entsprechend der Geometrie der Lehne 1 auch leicht schräg verlaufen können, vorgesehen, die deutlich schwächer ausgelegt sind als die anderen Verstärkungsbereiche. Verbunden mit den Ecken 6 und 7 sind Befestigungshaken 12 und 13, die zur Arretierung der Lehne dienen.

Der textile Rohling 2 wird durch Tiefziehen und unter Wärme- und Druckeinwirkung konsoli­ diert, wobei Vertiefungen 14 bis 17 eingeformt werden, die die versteifende Wirkung der Verstärkungsbereiche 3 und 9 unterstützen. Durch die Verwendung von gefalteten, gewell­ ten und/oder gekräuselten Verstärkungsfasern, insbesondere in Form einer Hybridfaser, im Rohling (bzw. dem Halbzeug, aus dem der Rohling herausgetrennt werden kann), wird erreicht, daß das Tiefziehen ohne Verlust an Festigkeit der Verstärkungsfasern möglich ist.

Aufgrund der hohen Steifigkeit der Lehne 1 kann diese das rückwärtige Blech und/oder den üblichen Lehnenrahmen ersetzen, wodurch ein wesentlich leichteres Bauteil erhalten wird ohne Einbußen an Festigkeit oder Steifigkeit.

Claims (7)

1. Sitzlehne für ein Kraftfahrzeug aus faserverstärktem Kunststoff, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau:

• 1. sie ist aus einem ein- oder mehrlagigen Rohling (2) oder Halbzeug gefertigt der/das Verstärkungsfasern und Kunststoffasern enthält;
• 1.1 die Verstärkungsfasern liegen im Rohling/Halbzeug gefaltet, gewellt und/oder gekräuselt vor und sind bei einer Verformung des Rohlings/Halbzeugs ver­ streckbar;
• 1.2 die Kunststoffasern sind dehnbar oder auch verstreckbar sowie aufschmelzbar und beim Abkühlen um die Verstärkungsfasern herum matrixbildend;
• 2. sie enthält zumindest einen X-, Y- oder V-förmigen Verstärkungsbereich, in dem festere Verstärkungsfasern vorliegen und/oder Verstärkungsfasern eine höhere Raumdichte einnehmen und/oder die Verstärkungsfasern eine Verdickung der Sitzlehne bilden.

2. Sitzlehne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einer Kante, vorzugsweise an deren Oberkante, ein Verstärkungsbereich, in dem festere Verstär­ kungsfasern vorliegen und/oder die Verstärkungsfasern eine höhere Raumdichte ein­ nehmen und/oder die Verstärkungsfasern eine Verdickung der Sitzlehne bilden, vor­ gesehen ist.

3. Sitzlehne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein oberes Ende des X-, Y- oder V-förmigen Verstärkungsbereiches in einer oberen Ecke der Sitzlehne endet.

4. Sitzlehne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Enden der Ver­ stärkungsbereiche Befestigungsmittel für die Sitzlehne angeordnet sind.

5. Sitzlehne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Hybridfasern gefertigt ist.

6. Sitzlehne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Schenkel der X-, Y- oder V-förmigen Verstärkungsbereiche 20° bis 70°, insbesondere 20° bis 50°, zur Senkrechten beträgt.

7. Sitzlehne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Oberkante mit einem Rohr, insbesondere Metallrohr, verbunden ist.