DE19653465C1 - Verfahren zum thermischen Verformen eines Kunststoffmaterials und Beispiel für ein nach diesem Verfahren umformbares Formteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Verfor­ men eines Kunststoffmaterials sowie ein Beispiel für ein nach diesem Verfahren umformbares Formteil.

Mit einem solchen Verfahren sollen Werkstoffteile aus Kunst­ stoff sowie Gebrauchsteile aus Kunststoff auf einfache Weise verformt werden können.

Erreicht wird dieses Ziel durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein thermisch ver­ formbares Kunststoffmaterial mit mindestens einem integrier­ ten elektrischen Heizleiter verwendet. Die Heizleiter können insbesondere Heizdrähte bzw. Heizfäden sein, die in das Kunststoffmaterial bei dessen Herstellung eingeformt sind. Auch Fasern sind als Heizleiter möglich. Im zuletzt genannten Fall kann das Kunststoffmaterial ein Faserverbundkunststoff sein.

Thermisch aufschmelzbare Kunststoffmaterialien mit integrier­ ten Heizleitern werden nach CH 528 697 und DE-GM 71 21 715 ein­ gesetzt, um eine Schweißverbindung mit einem angrenzenden Kunststoffteil zu erzielen. Ein Verfahren zum Umformen des Kunststoffmaterials ist dort nicht beschrieben.

Eine Verformung eines mit einem Heizleiter versehenen Kunst­ stoffmaterials erfolgt bei den erfindungsgemäßen Verfahren durch temporäres Anlegen eines elektrischen Potentials an die Heizleiter, wobei eine Erwärmung bis in den Fließbereich des zu verformenden Materials erfolgt und das Material in diesem plastischen Zustand verformt wird. Spätestens nach abge­ schlossenem Verformungsvorgang wird das verformte Kunststoff­ material von der elektrischen Energiequelle getrennt, sofern das Kunststoffmaterial nicht zu einem späteren Zeitpunkt aus der zunächst erzeugten Form nochmals in eine andere Form ver­ formt werden soll.

Direkt nach abgeschlossenem Verformungsvorgang wird das für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Kunststoffmaterial immer dann von der elektrischen Energiequelle getrennt, wenn das Kunststoffmaterial nur einmal in eine bestimmte Form ge­ bracht werden soll, die es im Grunde für seinen späteren Ge­ brauchszweck beibehalten soll. Dies ist ein äußerst zweckmä­ ßiges Formgebungsverfahren für ein thermisch verformbares Kunststoffmaterial, das durch das mit Heizleitern versetzte Kunststoffmaterial ermöglicht wird.

Besonders geeignet ist das für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Kunststoffmaterial für Gegenstände, deren Form veränderbar sein soll.

Insofern eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbeson­ dere für eine Anwendung in Bereichen einer Sitzeinrichtung, die aus einem thermisch verformbaren Material bestehen und mit den Körperteilen der auf einer solchen Sitzeinrichtung sitzenden Personen in direktem Kontakt stehen und der Körper­ form der jeweiligen Person individuell angepaßt werden sol­ len. Als Sitzeinrichtungen kommen hier bevorzugt Fahrzeugsit­ ze in Frage.

Bei Fahrzeugsitzen ist es aus EP 0 345 806 A2 bereits be­ kannt, dem Körper der Sitzperson anzupassende Sitzbereich aus unter Wärme plastisch verformbarem Kunststoff herzustellen. Die Erwärmung geschieht dort über außerhalb des verformbaren Kunststoffes angebrachte Heizelemente. Daher sind jene be­ kannten Sitzeinrichtungen bezüglich deren verformbarer Berei­ che kostenaufwendig in der Herstellung. Auch sind bei jener bekannten Einrichtung keine großflächigen Sitzbereiche ein­ stückig verwirklicht, die unter temporärer Aufheizung pla­ stisch verform- und damit der Körperform der Sitzperson an­ paßbar sind.

Soweit aus EP 0 582 734 A1 beheizbare Kunststoffe bekannt sind, handelt es sich dort bei den Kunststoffen um Elastome­ re, die als Sitzmaterial lediglich zur Erzielung einer Sitz­ heizung erwärmbar sind. Unter der aufzubringenden Wärme sind jene Elastomere jedoch nicht plastisch verformbar.

Ein erfindungsgemäß eingesetztes, thermisch verformbares Kunststoffmaterial kann den Bedürfnissen eines bestimmten Einsatzfeldes sehr gut angepaßt werden.

Der verwendete Werkstoff bietet bei Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens eine hervorragende Möglichkeit, in der Herstellung bestimmter Teile oder im Zusammenbau von Teilen genutzt zu werden. In der Produktion besteht vor dem Verfor­ men durch Anschließen des Werkstoffes mit seinen elektrischen Heizleitern an ein elektrisches Netz die Möglichkeit einer schnellen, direkten und verlustfreien Erwärmung. Die notwen­ dige Erwärmung wird bisher üblicherweise über Wärmestrahlung erreicht.

Mit dem erfindungsgemäß verwendeten Werkstoff besteht weiter­ hin die Möglichkeit, durch gezielte und örtlich innere Erwär­ mung besondere Formgebungen durch verbesserte Fließeigen­ schaften oder im umgekehrten Fall der Fließbehinderung - For­ men eingefroren zu lassen, wobei das Umfeld umgeformt wird - in der Matrix durchzuführen. Hierdurch wird die fertigungs­ technische Funktions- und Produkterweiterung durch den eine Art Verbundwerkstoff darstellenden erfindungsgemäß eingesetz­ ten Werkstoff aufgezeigt, wobei gleichzeitig eine Energieein­ sparung durch direkte, innere Erwärmung gegeben ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß verwendeten Werk­ stoffes besteht auf dem Gebiet des Karosseriebaues in dessen Verhalten im Falle eines Gewitters. Hier besteht wie bei den metallischen Werkstoffen die Schutzwirkung eines Faraday-Käfigs, die bei einfachen organischen Werkstoffen nicht gege­ ben ist. Dieses ist auch aus dem Flugzeugbau in dieser Art bekannt. Durch die Durchdringung des Werkstoffes mit elektri­ sche Leitern besteht weiterhin die Möglichkeit durch Eindre­ hen einer Schraube einen Kontakt mit den eingebetteten Lei­ tern herzustellen und bei entsprechendem Anschluß der Schrau­ ben überall eine sogenannte Massestelle zu schaffen, wie dies bisher nur durch gesonderte Verkabelung bei organischen Werk­ stoffen möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem in platten- bzw. bahnför­ miger Form vorliegenden thermisch verformbaren Kunst­ stoffmaterials mit in dieses Material integrierten Heizleitern,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen lediglich schematisch dar­ gestellten Fahrzeugsitz.

Das in Fig. 1 dargestellte bahnenförmige thermisch verformba­ re Kunststoffmaterial mit integrierten Heizdrähten 2 in der Form elektrischer Widerstandsheizelemente dient bei dem Fahr­ zeugsitz nach Fig. 2 als von einer auf dem Sitz Platz nehmen­ den Person kontaktierter Sitzbereich. In schematischer Form besteht der Sitz aus einer gasdichten unteren Schale 3, an deren oberen Öffnungsrand das Kunststoffmaterial 1 dicht an­ gebunden, beispielsweise angeschweißt ist. Das Innere 4 des Sitzes ist mit beispielsweise Luft auffüllbar. Die Zuführung der Luft kann über eine mit einem nicht dargestellten Druck­ regelventil versehene Zufuhrleitung 5 erfolgen.

Das Kunststoffmaterial 1 ist über eine Leitung 6 mit einer elektrischen Energiequelle verbindbar. In der elektrischen Leitung 6 befindet sich ein nicht dargestellter Wahlbereichs­ schalter, mit dem eine gewünschte Heizleistung für das Kunst­ stoffmaterial 1 einstellbar ist.

Eine Formanpassung des Kunststoffmaterials des Sitzes kann auf folgende Weise erfolgen.

Durch Bestimmung des Druckes der den Innenraum des Sitzes 4 ausfüllenden Luft läßt sich der Grad der Verformung des Kunststoffmaterials 1 in plastischem Zustand vorbestimmen bzw. einstellen. Bei niedrigem Luftdruck innerhalb des Inne­ ren des Sitzes ist eine starke Verformung des Kunststoffmate­ rials 1 möglich, wenn eine Person hierauf Platz nimmt und durch eine entsprechend hoch gewählte Heizleistung das Kunst­ stoffmaterial 1 zuvor in einen verformbaren Zustand gebracht hat. Sobald sich das Kunststoffmaterial 1 an dem Sitz der Körperform einer darauf sitzenden Person angepaßt hat, wird die Heizung abgeschaltet, wodurch die von der sitzenden Per­ son bewirkte Verformung des Kunststoffmaterials 1 in diesem praktisch eingefroren wird. In der gleichen Weise sind Anpas­ sungen an die Körperform anderer auf dem Sitz Platz nehmender Personen jederzeit möglich.

Die elektrischen Heizleiter in dem Kunststoffmaterial 1 kön­ nen zusätzlich zur Sitzbeheizung verwendet werden. In diesem Fall muß lediglich eine geringere Heizleistung an dem obenge­ nannten Wahlbereichsschalter in der Leitung 6 eingestellt werden.

Bei der vorstehenden Beschreibung eines Sitzes, bei dem ein thermisch verformbares Kunststoffmaterial mit integrierten Heizleitern 2 zur Bildung eines verformbaren Bereiches einge­ setzt ist, ist nur auf das für die Anwendung des erfindungs­ gemäßen Materials grundsätzlich Wesentliche eingegangen wor­ den. In der Praxis ist das beschriebene verformbare Kunst­ stoffmaterial 1 selbstverständlich noch in an sich bekannter Weise durch Polstermaterial überzogen. Auch können an sich im Stand der Technik bekannte Möglichkeiten zur Begrenzung einer Verformbarkeit des Kunststoffmaterials 1, wenn dieses in ei­ nen plastisch verformungsfähigen Zustand erhitzt ist, in ei­ ner dem Fachmann üblichen Weise angewendet werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Umformen eines thermisch verformbaren Kunststoffmaterials, gekennzeichnet durch die Merkmale,

• - als Ausgangsmaterial dient ein Kunststoffmaterial mit min­ destens einem integrierten Heizleiter,
• - durch Anlegen eines elektrischen Stromes an den Heizleiter wird das Kunststoffmaterial in einen plastisch verformbaren Zustand versetzt und in diesem Zustand umgeformt,
• - der Heizleiter wird nach dem Umformvorgang zum Einfrieren der neuen Form stromlos geschaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Formen eines Sitzbereiches eines insbesondere Fahrzeugsitzes, bei dem der Sitzbereich aus dem thermisch verformbaren Kunststoffmaterial mit minde­ stens einem integrierten Heizleiter besteht.

3. Fahrzeugsitz mit wenigstens einem Bereich aus thermisch verformbarem Kunststoffmaterial mit wenigstens einem inte­ grierten Heizleiter zum Verformen dieses Bereiches mit dem Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kunststoffmaterial-Bereich eine Außenwand eines mit unter Druck stehender Luft ausfüllbaren Raumes bildet.