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Die Erfindung betrifft eine Armlehne für einen Sitz, insbesondere Fahrzeugsitz, wobei die Armlehne an einer zugeordneten Baugruppe schwenkbar abgestützt und zwischen einer Ruhelage und einer Gebrauchslage derart verlagerbar ist, dass sie in der Ruhelage annähernd in der Kontur der Rückenlehne und in der Gebrauchslage annähernd senkrecht zur Rückenlehne sowie mit Abstand zur Sitzfläche verläuft, wobei die Armlehne im Übergangsbereich zur Rückenlehne zwei Achsen aufweist, von denen die eine Achse die Drehachse der Schwenkbewegung bildet und die andere Achse den Schwenkbereich begrenzt und wobei ein Grundkörper als Teil einer Tragstruktur der Armlehne, aus einem thermoumgeformten Halbzeug gebildet ist.
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Zur Verbesserung des Fahrkomforts sind zahlreiche Fahrzeuge mit Armlehnen ausgestattet. Diese können sowohl am Fahrer- und Beifahrersitz montiert oder in die Rücksitzbank des Fahrzeuges integriert sein. Derartige Armlehnen werden bevorzugt schwenkbar ausgebildet, wodurch diese in eine Gebrauchs- oder eine Ruhelage gebracht werden können. Hierfür weisen die Armlehnen im Übergangsbereich zur Rückenlehne meist zwei Achsen auf, wobei eine Achse den Drehpunkt der Schwenkbewegung bildet und die zweite Achse den Schwenkbereich begrenzt. In der Ruhelage ist die Armlehne in die Kontur der Rückenlehne des Fahrzeugsitzes eingepasst. In der Gebrauchslage verläuft die Armlehne nahezu senkrecht zur Rückenlehne und im Abstand zur Sitzfläche des Fahrzeugsitzes. Im Wesentlichen besteht eine derartige Armlehne aus einer Tragstruktur mit einem Grundkörper und Polsterelementen.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene technische Lösungen zum Aufbau des Grundkörpers von Armlehnen für Fahrzeuge bekannt.
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In
DE 26 32 355 A1 wird eine Mittelarmlehne für mindestens zwei Sitze beschrieben, wobei der Grundkörper aus mehrfach gebogenen und miteinander verschweißten Blechteilen besteht. Derartige Grundkörper zeichnen sich zwar durch eine hohe Steifigkeit aus, weisen allerdings ein hohes Gewicht auf. Weiterhin erfordert das Biegen und Verschweißen der Blechteile einen großen Kosten- und Herstellungsaufwand.
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Die
DE 20 2008 009 374 U1 schlägt eine Mittelarmlehne vor, deren Grundkörper aus Federstahlsegmenten besteht, wobei deren Knotenpunkte mit Kunststoff umspritzt sind.
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Somit sind keine Schweißverbindungen an den einzelnen Federstahlsegmenten nötig, was in der Herstellung den Kosten- und Herstellungsaufwand reduziert.
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In
DE 102 15 152 B4 wird eine Armlehne für Fahrzeugsitze vorgeschlagen, deren Grundkörper als einteiliges Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Zum Erreichen der notwendigen Stabilität der Armlehne muss allerdings das Kunststoffspritzgussteil dickwandig ausgeführt werden, was durch hohen Materialverbrauch und damit mit hohen Herstellungskosten verbunden ist.
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Die
WO 2015/110482 A1 schlägt eine Armlehne vor, wobei mindestens ein Rahmenbauteil des Grundkörpers aus Organoblech gebildet wurde. Organoblech ist ein Faserverbundwerkstoff, der aus einem in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebetteten Fasergelege besteht. Das Fasergelege wird aus einem schichtweisen Legen von Endlos-Fäden oder einem vorgefertigten Gewebe gebildet, wobei die Ausrichtung der Endlos-Fäden schichtabhängig variiert. Üblicherweise wird Organoblech in Plattenform bereitgestellt. Entsprechend der Geometrie des späteren Grundkörpers der Armlehne wird dann ein Halbzeug aus der Organoblechplatte herausgeschnitten und mittels Thermoumformung in die gewünschte Form gebracht. Die Belastbarkeit des Grundkörpers wird dabei von der Ausrichtung der Fäden des Fasergeleges im Organoblech entscheidend beeinflusst. Somit erfolgt das Ausschneiden des Halbzeuges aus der Organoblechbplatte entsprechend einer Vorzugsrichtung in Bezug zu der Ausrichtung der Fäden des Fasergeleges. Nachteilig ist, dass das Ausschneiden des Halbzeuges unter Beachtung einer optimalen Vorzugsrichtung meist nur mit hohem Verschnitt an Organoblech erreicht wird und damit die Herstellung des Grundkörpers material- und damit kostenintensiv wird.
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Eine lokale Erhöhung der Belastbarkeit des Grundkörpers kann grundsätzlich mit einer lokalen Änderung der Vorzugsrichtung der Ausrichtung der Fäden des Fasergeleges erreicht werden. Bei einem einteiligen Halbzeug, welches aus einer Organoblechbplatte ausgeschnitten wird, ist eine lokale Anpassung der Vorzugsrichtung nicht möglich. Vielmehr müsste das Bauteil aus einzelnen Halbzeugen, die sich in der Ausrichtung des Fasergeleges unterscheiden, zusammengesetzt werden Dies ist zeit- und kostenintensiv. Darüber hinaus können mögliche Schwachstellen an den Verbindungen der einzelnen Halbzeuge nachteilig sein.
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Weiterhin kann zur Erhöhung der lokalen Belastbarkeit des Grundköpers auch eine lokale Verstärkung in Form einer Schichtdickenvergrößerung des Organobleches erfolgen. Auch dies ist allerdings nur erreichbar, indem der Grundkörper aus einzelnen Halbzeugen, die aus unterschiedlichen dicken Organoblechplatten geschnitten wurden, zusammengesetzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Armlehne zu schaffen, deren Grundkörper aus einem Material gebildet wird, welches die Ausbildung lokaler Verstärkungen bei Minimierung des Materialverbrauchs zulässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem das Halbzeug aus einem Zuschnitt eines Geleges aus unidirektional faserverstärkten Bändern gebildet wurde. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren Merkmale in den Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass das Gelege der Streifenabschnitte aus unidirektional faserverstärkten Bändern so ausgeführt werden kann, dass die Kontur des Geleges die Geometrie des Grundkörpers nur geringfügig überlappt und damit im folgenden Zuschnitt nur geringe Materialmengen als Verschnitt anfallen. Weiterhin können beim Aufbau des Geleges die Streifenabschnitte so angeordnet werden, dass sowohl die Faserausrichtungen der einzelnen Lagen des Geleges untereinander als auch die Faserausrichtungen innerhalb der Lagen variiert werden können. Damit ist ein lastgerechter Aufbau des Halbzeuges möglich. So wird mit einer parallelen Ausrichtung der Fasern entlang des Längsträgers des Grundkörpers eine Verstärkung der Armlehne in Längsrichtung erreicht. Mit einer Verdrehung der Faserausrichtungen der Lagen untereinander im Bereich der Querträger wird eine Versteifung gegen Torsionskräfte bewirkt. Der Aufbau des Grundkörpers aus unidirektional faserverstärkten Bändern hat weiterhin den Vorteil, dass je nach Lastanforderung eine lokale Verstärkung des Grundkörpers erreicht wird, indem bereits beim Aufbau des Geleges lokal weitere Lagen von Streifenabschnitten gelegt werden und damit lokal eine Schichtstärkenerhöhung erzeugt wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 Oberseite eines erfindungsgemäßen Grundkörpers in perspektivischer Ansicht
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2 Unterseite des Grundkörpers gemäß 1 in perspektivischer Ansicht
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3.1 Variante der Faserausrichtungen eines Halbzeuges
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3.2 Schema eines Geleges für ein Halbzeug gemäß 3.1
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4.1 Weitere Variante der Faserausrichtungen eines Halbzeuges
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4.2 Schema eines Geleges für ein Halbzeug gemäß 4.1
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5.1 Weitere Variante der Faserausrichtungen eines Halbzeuges
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5.2 Schema eines Geleges für ein Halbzeug gemäß 5.1
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6 Oberseite einer Tragstruktur einer Armlehne in perspektivischer Ansicht
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7 Unterseite der Tragstruktur gemäß 6 in perspektivischer Ansicht
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1 zeigt die Oberseite eines erfindungsgemäßen Grundkörpers 1 in perspektivischer Ansicht. Dieser Grundkörper 1 ist Teil einer Tragstruktur 2 (6) einer Armlehne für einen Sitz, insbesondere Fahrzeugsitz. Der Grundkörper 1 ist aus einem thermoumgeformten Halbzeug 3 (3.1) gebildet, wobei das Halbzeug 3 vor der Thermoumformung aus einem Zuschnitt eines Geleges 4 (3.2) aus unidirektional faserverstärkten Bändern gebildet wurde. Derartige Bänder bestehen aus Endlos- oder Langfasern, die in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebettet sind. Als Fasern werden hierbei beispielsweise Kohlenstoff-, Glas- oder Kunststofffasern eingesetzt, wobei auch textile Fasern denkbar sind. Die Endlos- oder Langfasern weisen innerhalb des Bandes eine einheitliche Ausrichtung auf. Üblicherweise sind die Endlos- oder Langfasern parallel zur Längsseite des Bandes ausgerichtet. Quer zum Band liegt üblicherweise eine homogene Faserdichte vor, wobei auch eine inhomogene Faserdichte denkbar ist. Zum Aufbau des Geleges 4 werden einzelne Streifenabschnitte 5 (3.2) der Bänder angrenzend nebeneinander oder teilweise überlappend angeordnet. Auf dieser Lage wird dann mindestens eine weitere Lage einzelner Streifenabschnitte 5 aufgelegt. Anschließend erfolgt die Konsolidierung des Geleges 4. Dabei wird dieses erwärmt, verpresst und wieder abgekühlt, sodass durch Aufschmelzen der Kunststoffmatrix eine stoffschlüssige Verbindung sowohl zwischen den einzelnen Lagen des Geleges 4, als auch zwischen nebeneinander liegenden Streifenabschnitten 5 erreicht wird. Bedarfsweise kann das Abkühlen auch unter Verpressen des Geleges erfolgen. Entsprechend der Bauteilgeometrie erfolgt dann ein Zuschnitt des Geleges 4 zum Halbzeug 3. Dieses Halbzeug 3 wird dann zum Grundkörper 1 thermoumgeformt.
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Der dargestellte Grundkörper 1 weist zwei Längsträger 6 auf. Die sich gegenüberliegenden Enden der Längsträger 6 sind mit je einem rechtwinklig zu den Längsträgern 6 verlaufenden Querträger 7 verbunden.
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In 2 ist die Unterseite des Grundkörpers 1 aus 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die beiden Längsträger 6 und die beiden Querträger 7 sind als U-Profile ausgebildet, wobei die U-Profile zur Unterseite des Grundkörpers 1 hin geöffnet sind.
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Grundsätzlich kann das U-Profil aber auch zur Oberseite hin geöffnet oder so ausgebildet sein, dass in Gebrauchslage der Armlehne das U-Profil zur Sitzfläche parallel ausgerichtete Schenkel aufweist. Ebenso ist die Ausbildung der Längs- und Querträger 6, 7 nicht auf U-Profile beschränkt.
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Die Steifigkeit und damit die Belastbarkeit der Armlehne wird entscheidend von der Ausbildung des Grundkörpers 1 bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers 1 wiederum werden von der Ausführung des Geleges 4 des Halbzeuges 3 bestimmt, wobei insbesondere eine lastgerechte Faserorientierung sowohl der Lagen untereinander als auch innerhalb der Lagen des Geleges 4 entscheidend ist.
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Die Lagen des Geleges 4 können entlang des gesamten Halbzeuges 3 so angeordnet sein, dass die gelegten Streifenabschnitte 5 alle eine identische Faserausrichtung aufweisen. Ebenso können die Streifenabschnitte 5 so angeordnet sein, dass die Faserausrichtungen von benachbarten Lagen in Lagenebene gegeneinander verdreht sind. Für die lokale Verstärkung der Tragstruktur 2 der Armlehne ist es allerdings vorteilhafter, wenn die Faserausrichtungen entlang des Halbzeuges 3 variiert werden. So können die Streifenabschnitte 5 derart angeordnet werden, dass beispielsweise die Lagen in einem Teilbereich des Geleges 4 identische Faserausrichtungen und in einem anderen Teilbereich des Geleges 4 in Lagenebene gegeneinander verdrehte Faserausrichtungen aufweisen. Je nach Anforderungen an den Grundkörper 1 sind verschiedene Varianten denkbar.
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3.1 zeigt eine Variante der Faserausrichtungen des Halbzeuges 3. Die Lagen des Geleges 4 weisen entlang der Längsträger 6 identische Faserausrichtungen und entlang der beiden Querträger 7 gegeneinander verdrehte Faserausrichtungen auf. Im Bereich der Längsträger 6 verlaufen die Fasern zudem parallel zur Längsseite der Längsträger 6.
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3.2 zeigt schematisch das zu 3.1 gehörige Gelege 4. Für eine erste Lage des Geleges 4 werden zunächst entlang der Längsträger 6 Streifenabschnitte 5 so gelegt, dass deren Längsseiten parallel zu den Längsseiten der Längsträger 6 verlaufen. Im Bereich der Querträger 7 werden die Streifenabschnitte 5 so angeordnet, dass die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α1 = 45° gegen die langen Seiten der Querträger 7 verdreht sind. Auf die erste Lage wird eine weitere Lage Streifenabschnitte 5 gelegt, wobei die Streifenabschnitte 5 im Bereich der Längsträger 6 wieder so ausgerichtet werden, dass die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 parallel zu den Längsseiten der Längsträger 6 verlaufen. Damit sind die Fasern der ersten Lage und die Fasern der zweiten Lage entlang der Längsträger 6 identisch ausgerichtet. Im Bereich der Querträger 7 werden die Streifenabschnitte 5 der zweiten Lage derart gelegt, dass deren Längsseiten mit etwa α2 = 135° gegen die langen Seiten der Querträger 7 verdreht sind. Somit sind die Fasern der ersten Lage und die Fasern der zweiten Lage entlang der Querträger 7 mit α3 = 90° gegeneinander verdreht.
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4.1 zeigt eine weitere Variante der Faserausrichtungen des Halbzeuges 3. Die Lagen des Geleges 4 weisen entlang der Längsträger 6 und des einen Querträgers 7 identische Faserausrichtungen und entlang des anderen Querträgers 8 gegeneinander verdrehte Faserausrichtungen auf.
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4.2 zeigt schematisch das zu 4.1 gehörige Gelege 4. Die Streifenabschnitte 5 der ersten Lage sind so angeordnet, dass im Bereich eines Querträgers 7 und im Bereich der Längsträger 6 die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 parallel zu den Längsseiten der Längsträger 6 ausgerichtet sind. Entlang des anderen Querträgers 8 sind die Streifenabschnitte 5 so gelegt, dass die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α1 = 45° gegen die langen Seiten dieses Querträgers 8 verdreht sind. Auf diese Lage wird eine weitere Lage Streifenabschnitte 5 gelegt, wobei die Ausrichtung der Streifenabschnitte 5 im Bereich der Längsträger 6 und des einen Querträgers 7 identisch zur ersten Lage erfolgt. Damit sind die Fasern der beiden Lagen in diesen Bereichen parallel zueinander ausgerichtet. Entlang des anderen Querträgers 8 werden die Streifenabschnitte 5 so gelegt, dass die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α2 = 135° gegen die langen Seiten dieses Querträgers 8 verdreht sind. Somit sind die Fasern der ersten Lage und die Fasern der zweiten Lage entlang des anderen Querträgers 8 mit einem Winkel von etwa α3 = 90° gegeneinander verdreht.
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5.1 zeigt eine weitere alternative Variante der Faserausrichtungen des Halbzeuges 3. Die Lagen des Geleges 4 weisen entlang des gesamten Halbzeuges 3 gegeneinander verdrehte Faserausrichtungen auf. Die Faserausrichtungen entlang der Längsträger 6 sind mit einem identischen Winkel gegeneinander verdreht wie die Faserausrichtungen eines der Querträger 7. Im Bereich des anderen Querträgers 8 sind die Faserausrichtungen mit einem anderen Winkel gegeneinander verdreht als die Faserausrichtungen der Lagen entlang der Längsträger 6. Somit sind auch die Faserausrichtungen entlang des einen Querträgers 7 mit einem anderen Winkel gegeneinander verdreht als die Faserausrichtungen des anderen Querträgers 8.
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5.2 zeigt schematisch das zu 5.1 gehörige Gelege 4. In einer ersten Lage werden die Streifenabschnitte 5 so gelegt, dass im Bereich des eines Querträgers 7 und im Bereich der Längsträger 6 die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α1 = 20° gegen die Längsseiten der Längsträger 6 verdreht sind. Im Bereich des anderen Querträgers 8 sind die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α2 = 45° gegen die langen Seiten dieses Querträgers 8 verdreht. Für die zweite Lage werden die Streifenabschnitte 5 so angeordnet, dass im Bereich des Querträgers 7 und im Bereich der Längsträger 6 die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α3 = 170° gegen die Längsseiten der Längsträger 6 verdreht sind. Entlang des anderen Querträgers 8 sind die Längsseiten der Streifenabschnitte 5 mit etwa α4 = 135° gegen die langen Seiten dieses Querträgers 8 verdreht.
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Grundsätzlich sind die Winkel mit denen die Faserausrichtungen der Lagen gegeneinander verdreht sind nicht auf die genannten Winkel beschränkt. Darüber hinaus können auch die genannten Varianten des Geleges 4 miteinander kombiniert werden.
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Weiterhin kann das Gelege 4 für eine weitere lokale Versteifung des Grundkörpers 1 in einem Teilbereich mehr Lagen aufweisen als in einem anderen Teilbereich. So kann das Gelege 4 beispielsweise im Bereich der Längsträger 6 mehr Lagen aufweisen als im Bereich der Querträger 7, 8.
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Bei der Thermoumformung des Halbzeuges 3 kommt es insbesondere in Eckbereichen zu hohen Materialbeanspruchungen, die unter Umständen keine zuverlässige Umformung ermöglichen. Um dennoch eine zuverlässige Umformung zu erreichen, können lokale Ausnehmungen 9 am Halbzeug vorteilhaft sein. Derartige Ausnehmungen 9 sind beispielsweise in den 3.1, 4.1 und 5.1 an den Übergängen zwischen den Längsträgern 6 und Querträgern 7, 8 dargestellt. Das Halbzeug 3 ist an diesen Übergängen teilweise geschlitzt ausgeführt. Ebenso können bereits beim Zuschnitt zum Halbzeug 3 weitere Ausnehmungen 10 vorgesehen werden. Die in den 3.1, 4.1 und 5.1 dargestellten Halbzeuge 3 weisen im Bereich eines Querträgers 7 eine rechteckige Ausnehmung 10 auf, welche beispielsweise für die spätere Integration von Funktionsteilen genutzt wird.
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6 zeigt die Oberseite einer Tragstruktur 2 einer Armlehne in perspektivischer Ansicht, wobei diese so ausgeführt ist, dass sie an einer zugeordneten Baugruppe schwenkbar abgestützt und zwischen einer Ruhelage und einer Gebrauchslage derart verlagerbar ist, dass sie in der Ruhelage annähernd in der Kontur der Rückenlehne und in der Gebrauchslage annähernd senkrecht zur Rückenlehne sowie mit Abstand zur Sitzfläche verläuft. Im Übergangsbereich zur Rückenlehne weist die Armlehne zwei Achsen 11, 12 auf, von denen die eine Achse 11 die Drehachse der Schwenkbewegung bildet und die andere Achse 12 den Schwenkbereich begrenzt.
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Die Ausnehmungen des Grundkörpers 1 können während oder nach Thermoumformungen mit Eckverschlüssen 13 versehen werden. Während der Thermoumformung ist beispielsweise das Anbringen von Formteilen als Eckverschlüsse 13 möglich, wobei die Formteile selbst ebenfalls aus unidirektional faserverstärkten Bändern gebildet sein können. Nach der Thermoumformung können die Eckverschlüsse 13 auch als eine Kunststoffumspritzung ausgeführt sein. Grundsätzlich kann das Anbringen von Formteilen auch mit einer Kunststoffumspritzung kombiniert werden.
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7 zeigt die Unterseite der Tragstruktur gem. 6 in perspektivischer Ansicht. Dabei ist die Ausbildung der Längs- und Querträger 6, 7, 8 als U-Profil erkennbar. Diese U-Profile sind mit einer Rippenstruktur 14 zur weiteren Verstärkung der Grundstruktur 1 und damit der Armlehne ausgestaltet. Die Rippenstruktur 14 kann dabei als Kunststoffeinspritzung ausgebildet oder als Fertigteil eingesetzt werden. Auf eine derartige Rippenstruktur 14 kann auch verzichtet werden, wenn die U-Profile zumindest abschnittsweise verschlossen werden. Dies ist in der Abbildung allerdings nicht dargestellt. Der Verschluss kann dabei mit einem Metallblech und/oder einem Organoblech und/oder unidirektional faserverstärkten Bändern und/oder Gelegen aus unidirektional faserverstärkten Bändern erfolgen. Grundsätzlich können auch der Verschluss der U-Profile und die Rippenstruktur 14 miteinander kombiniert werden.
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Zur Durchführung der beiden Achsen 11, 12 für die Lagerung der Armlehne kann der Grundkörper 1 im Übergangsbereich Ausnehmungen aufweisen, die so ausgestaltet sind, dass beide Achsen 11, 12 durch den Grundkörper 1 geführt werden können. Derartige Ausnehmungen werden vorteilhafterweise als runde Löcher ausgebildet, deren Durchmesser das Umschließen der Achsen zulässt. Die Ausnehmungen können bereits beim Zuschnitt des Geleges 4 vorgesehen werden. Neben der Durchführung von Achsen 11, 12 ist auch das Anbringen von Achstummeln 11, 12 möglich. Diese werden beispielsweise in Ausnehmungen des Grundkörpers 1 fixiert oder werden am Grundkörper 1 mittels Kunststoffumspritzung ausgebildet, wobei auch für den letzteren Fall Ausnehmungen am Grundkörper 1 vorgesehen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Tragstruktur
- 3
- Halbzeug
- 4
- Gelege
- 5
- Streifenabschnitt
- 6
- Längsträger
- 7
- Querträger
- 8
- Querträger
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Achse, Achsstummel
- 12
- Achse, Achsstummel
- 13
- Eckverschluss
- 14
- Rippenstruktur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2632355 A1 [0004]
- DE 202008009374 U1 [0005]
- DE 10215152 B4 [0007]
- WO 2015/110482 A1 [0008]
