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Die Erfindung betrifft ein Polster-Element für einen Fahrzeugsitz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Fahrzeugsitz mit einem solchen Polster-Element.
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Polster-Elemente für Fahrzeugsitzes werden in der Regel als „eine Größe für alle“ verkauft, d.h. unabhängig vom Insassen werden Polster-Elemente mit denselben Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf eine Stauchhärte bereitgestellt. Dies kann jedoch für einige Insassen ergonomisch ungünstig sein.
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In
US20180070736 A1 ist beschrieben, Polster-Elemente durch ein additives Fertigungsverfahren herzustellen, d.h. durch ein 3D-Druckverfahren. Dabei wird ein poröser Körper aus einem Netzwerk von Knotenpunken, die durch Verbindungsbalken miteinander verbunden sind, bereitgestellt. Durch den dadurch ausgebildeten Zwischenraum können in mindestens einer Raumrichtung Stauchhärten (40% Stauchung, DIN EN ISO 3386-1:2010-09) von ≥ 10 bis ≤ 100 kPa erreicht werden, d.h. relative harte Polster-Elemente.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polster-Element und einen Fahrzeugsitz bereitzustellen, die komfortabel sind und einfach an den individuellen Komfort angepasst werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Polster-Element und einen Fahrzeugsitz gemäß den unabhängigen Schutzansprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das als Netzwerk von Knotenpunkten und Verbindungsbalken bestehende Polster-Element in mindestens einer festgelegten Belastungsrichtung eine Stauchhärte (40% Stauchung, DIN EN ISO 3386-1 :2010-09) im Bereich von >1 kPa bis <10kPa aufweist. Es wird also ein relativ weicher Polster-Körper bereitgestellt, indem durch den mechanischen Aufbau des Netzwerks eine hohe Porösität bzw. Durchlässigkeit eingestellt wird. Dadurch ist als weiterer vorteilhafter Effekt eine gute Durchlüftbarkeit gegeben, d.h. das Polster-Element kann Temperaturen und/oder Feuchtigkeit gut übertragen bzw. ableiten, wenn das Polster-Element beispielsweise mit einem entsprechenden Belüftungssystem kombiniert wird. Dies ist bei einer Verwendung des Polster-Elementes als zentrales Polster-Element eines Sitzteils oder einer Rückenlehne vorteilhaft, auf denen der Insasse direkt aufsitzt. Dadurch lässt sich der Komfort weiter erhöhen.
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Wird das Polster-Element beispielsweise durch ein additives Fertigungsverfahren (3D-Druck) hergestellt, beispielsweise durch ein Schmelzschichtverfahren oder ein Sinterverfahren, lassen sich auf den Insassen zugeschnittene Eigenschaften in Bezug auf die Stauchhärte sehr einfach einstellen. In einem erfindungsgemäßen Fahrzeugsitz lassen sich dadurch in einfacher und flexibler Weise mindestens zwei Polster-Elemente bereitstellen (als Bestandteil des Sitzteils allein oder der Rückenlehne allein oder als Bestandteil von beiden), die in mindestens einer festgelegten Belastungsrichtung jeweils eine Stauchhärte im Bereich von >1kPa bis <10kPa aufweisen und bei denen sich die jeweiligen Stauchhärten voneinander unterscheiden, d.h. entweder innerhalb des Sitzteils oder innerhalb der Rückenlehne oder zwischen beiden.
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Bei der Herstellung des Fahrzeugsitzes können also individuell unterschiedliche Stauchhärten in unterschiedlichen Bereichen des Fahrzeugsitzes festlegt und eingestellt werden, beispielsweise weichere Stauchhärten für zentrale Polster-Elemente und härtere Stauchhärten in seitlichen Polster-Elementen oder unterschiedliche Stauchhärten für das Sitzteil und die Rückenlehne oder die Kopfstütze. Dies kann je nach Art und Größe der Belastung erfolgen, indem dann bei der Herstellung des jeweiligen Polster-Elementes der mechanische Aufbau des Netzwerkes entsprechend verändert bzw. an die Bedürfnisse des Insassen angepasst wird. Dadurch kann eine individuelle Erhöhung des Komforts, insbesondere der Ergonomie und/oder des Wohlbefindens, erreicht werden.
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Da zudem mehrere unterschiedliche Polster-Elemente bereitgestellt werden, die vorzugsweise in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt sind, ist eine einfache und flexible Austauschbarkeit gegeben, wenn beispielsweise der Fahrzeugbesitzer oder die Art der Anwendung des Fahrzeuges wechselt (sportlich, normal) und demnach auch andere Bedürfnisse an den Fahrzeugsitz vorliegen. In einem additiven Fertigungsverfahren können zudem umweltfreundliche Materialien verwendet werden, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer (TPE), insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU), oder ein Elastomer auf Harzbasis, beispielsweise elastomeres Polyurethan (EPU), wobei diese vorzugsweise eine Shore-Härte von zwischen 40A und 95A aufweisen. Zudem lässt sich ein solches Herstellungsverfahren einfach in existierende Produktionen einbinden, beispielsweise JIT-Produktionen (Just-In-Time), so dass der Herstellungsprozess nicht erschwert wird.
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Der mechanische Aufbau des Netzwerkes kann dabei beispielsweise derartig erfolgen, dass die Verbindungsbalken einen Durchmesser von zwischen 1 mm und 2mm aufweisen und/oder ein Abstand zwischen benachbarten Knotenpunkten des Netzwerks, die durch einen Verbindungsbalken miteinander verbunden sind, zwischen 3 und 25 mm beträgt. Dadurch lassen sich die erfindungsgemäßen Stauchhärten für das jeweilige Polster-Element entsprechend einstellen. Ergänzend kann dann vorgesehen sein, dass die Verbindungsbalken in einem bestimmten Winkel von beispielsweise zwischen 30° und 60° oder von zwischen -30° und -60° gegenüber der festgelegten Belastungsrichtung angewinkelt sind. Dadurch lässt sich für die jeweilige Belastungsrichtung die erfindungsgemäße Stauchhärte in dieser Richtung erreichen, wobei der angegebene Winkel in mindestens einer beliebigen Raumrichtung um den Winkel angewinkelt sein kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Fahrzeugsitz in einer Seitenansicht;
- 2 eine perspektivische, schematische Ansicht eines Fahrzeugsitzes mit unterschiedlichen Polster-Elementen; und
- 3, 4 die poröse Struktur eines Polster-Elementes in Detailansichten.
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1 zeigt schematisch einen Fahrzeugsitz 1 mit einem Sitzteil 1a, einer Rückenlehne 1b und einer Kopfstütze 1c, wobei das Sitzteil 1a, die Rückenlehne 1b und auch die Kopfstütze 1c jeweils aus ein oder mehreren Polster-Elementen 2i (i = 1, 2, ...) zusammengesetzt sind oder bestehen, wie in 2 beispielhaft dargestellt. Demnach sind seitliche Polster-Elemente 21, 22, 23, 24 sowohl am Sitzteil 1a als auch an der Rückenlehne 1b angeordnet, so dass sich ein aufsitzender Insasse zu beiden Seiten hin abzustützen kann. Ferner weisen sowohl das Sitzteil 1a, die Rückenlehne 1b und die Kopfstütze 1c jeweils ein zentrales Polster-Element 25, 26, 27 auf.
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Während sich ein Insasse lediglich schwach oder temporär auf den seitlichen Polster-Elementen 21, 22, 23, 24 und dem zentralen Polster-Element 27 der Kopfstütze 1c abstützt, belastet ein auf dem Fahrzeugsitz 1 aufsitzender Insasse die zentralen Polster-Elemente 25, 26 des Sitzteils 1a und der Rückenlehne 1b in der Regel dauerhaft. Demnach werden die seitlichen Polster-Elemente 21, 22, 23, 24 und das zentrale Polster-Element der Kopfstütze 1c anders belastet als die zentralen Polster-Elemente 25, 26 des Sitzteils 1a und der Rückenlehne 1b, wobei sich auch unterschiedliche Belastungsrichtungen R ergeben können, entlang derer die Belastung auf das jeweilige Polster-Element 2i einwirkt.
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Ausgehend davon sind die einzelnen Polster-Elemente 2i wie in 3 dargestellt als gitterartige oder poröse Körper ausgeführt, die zumindest in einer ihrer Belastungsrichtungen R jeweils individuell festgelegte Stauchhärten Si (i=1, 2, ...) aufweisen, die gemäß der Erfindung im Bereich von >1kPa bis <10kPa liegen. Es werden also Polster-Elemente 2i bereitgestellt, die eine eher geringe Härte aufweisen. Die Stauchhärten Si beziehen sich dabei auf Druckversuche gemäß DIN EN ISO 3386-1:2010-09 bei 40% Stauchung in die jeweilige Belastungsrichtung R.
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Um die genannten Stauchhärten Si zu erreichen, sind die jeweiligen Polster-Elemente 2i als ein Netzwerk 10 von Knotenpunkten 3 ausgeführt, die durch Verbindungsbalken 4 eines (lichten) Durchmessers D4, der beispielsweise zwischen 1 mm (weicher, rechter Ausschnitt) und 2mm (härter, linker Ausschnitt) liegt, miteinander verbunden sind, so dass sich dazwischen einzelne Zwischenräume 5 ausbilden. Dieses Netzwerk 10 wird dabei in einem additiven Fertigungsverfahren bzw. 3-D-Druckverfahren hergestellt, d.h. das jeweils verwendete Material wird Schicht für Schicht aufgetragen, um das dreidimensionale Netzwerk 10 zu erzeugen. Als additives Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein Schmelzschichtverfahren oder ein Sinterverfahren oder dergleichen zur Anwendung kommen. Als Material wird ein Elastomer oder ein Kunststoff mit einer Shore-Härte von zwischen 40A und 95A verwendet, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer (TPE), insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU), oder ein Elastomer auf Harzbasis, beispielsweise elastomeres Polyurethan (EPU).
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Die Stauchhärte Si des jeweiligen Polster-Elementes 2i folgt dann für die jeweilige Belastungsrichtung R aus dem mechanischen Aufbau des Netzwerks 10, d.h. der Orientierung der jeweiligen Verbindungsbalken 4 im Raum (X, Y, Z) sowie deren (lichter) Durchmesser D4, der Anordnung der Knotenpunkte 3 sowie einem Abstand A3 zwischen benachbarten Kontenpunkten 3, beispielsweise zwischen 3mm und 25 mm, sowie einer Anzahl Z an Verbindungsbalken 4 pro Knotenpunkt 3, beispielsweise Z = 4 (wie dargestellt). Bei größeren Abständen A3 von insbesondere um die 25mm kann beispielsweise auch eine Anzahl Z an Verbindungsbalken 4 von lediglich Z = 2 vorgesehen sein, um eine gewünschte Stauchhärte Si einzustellen.
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Dabei können die Knotenpunkte 3 innerhalb des jeweiligen Polster-Elementes 2i gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt sein und/oder die Verbindungsbalken 4 können alle identisch oder über das jeweilige Polster-Element 2i z.B. im Durchmesser D4 variierend ausgeführt sein, um die Stauchhärte Si für die jeweilige Belastungsrichtung R entsprechend einzustellen.
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Um eine eher geringe Stauchhärte Si von >1kPa und <10kPa in der jeweiligen Belastungsrichtung R zu erreichen, wird ein mechanischer Aufbau gewählt, bei dem sich eine bestimmten Porösität (Durchlässigkeit) des jeweiligen Polster-Elementes 2i einstellt, die durch die Größe der Zwischenräume 5 bestimmt ist. Dazu kann der mechanische Aufbau des porösen Körpers beispielweise derartig gewählt werden, dass das Volumen V2i des jeweiligen porösen Polster-Elementes 2i im Vergleich zu dem Volumen V100 eines gleichgroßen Elementes aus einem Vollmaterial einen bestimmten festgelegten Prozentsatz von beispielsweise zwischen 5% und 10% ausmacht bzw. sich ein Verhältnis V2i/V100 von zwischen 0.05 und 0.1 einstellt. Zusammen mit der jeweiligen Wahl des Materials und dem Aufbau des Netzwerks 10 lassen sich so die Stauchhärte Si von >1kPa und <10kP in der jeweiligen Belastungsrichtung R erreichen.
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Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Verbindungsbalken 4 in einem Winkel α von zwischen 30° und 60° (bzw. -30° und -60°) relativ zur Belastungsrichtung R orientiert sind, wobei in 4 beispielhaft ein Winkel α von ca. 38° bzw. -38° in Bezug auf die Belastungsrichtung R verwendet wird. Je nach Anzahl Z an Verbindungsbalken 4 pro Knotenpunkt 3 kann dieser Winkel α entsprechend auch variieren. Die Orientierung der Verbindungsbalken 4 kann dabei beliebig im Raum gewählt werden, d.h. sie können in lediglich einer der drei Raumrichtungen X, Y, Z oder in zwei unterschiedlichen Raumrichtungen XY, XZ, YZ (in der jeweiligen Ebene) oder in allen drei Raumrichtungen XYZ orientiert sein, um eine bestimmte Richtungsabhängigkeit einzustellen.
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Mit diesem beschriebenen mechanischen Aufbau des porösen Körpers lassen sich für die seitlichen Polster-Elemente 21, 22, 23, 24 gemäß einer Ausführungsform Stauchhärten S1, S2, S3, S4 in der Belastungsrichtung R einstellen, die für jedes seitliche Polster-Element 21, 22, 23, 24 in etwa identisch sind und die beispielsweise zwischen >6kPa und <10kPa liegen. Für die zentralen Polster-Elemente 25, 26, 27 können ebenfalls Stauchhärten S5, S6, S7 verwendet werden, die für jedes zentrale Polster-Element 25, 26, 27 identisch sind und die beispielsweise zwischen >4.5kPa und <10kPa liegen.
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Ferner ist dabei vorgesehen, dass sich die Stauchhärten S1, S2, S3, S4 der seitlichen Polster-Elemente 21, 22, 23, 24 von den Stauchhärten S5, S6, S7 der zentralen Polster-Elemente 25, 26, 27 unterscheiden, um die unterschiedlichen Belastungsarten abzubilden. In der Regel sind nämlich die zentralen Polster-Elemente 25, 26, 27 aus Komfortgründen weicher als die seitlichen Polster-Elemente 21, 22, 23, 24, was je nach Gewicht des Insassen auch individuell noch angepasst werden kann. Es kann aber auch bereits vorgesehen sein, dass beispielsweise das zentrale Polster-Element 25 des Sitzteils 1a eine geringere Stauchhärte Si aufweist als das zentrale Polsterelement 26 der Rückenlehne 1b, da sich zwischen diesen beiden Polster-Elementen 25, 26 ebenfalls bereits unterschiedliche Belastungen ergeben. Dies kann auch an die Bedürfnisse des Insassen entsprechend angepasst werden. Analog gilt das für die Kopfstütze 1c, die aufgrund der anderen Belastung durch den Kopf des Insassen eine andere Stauchhärte S7 als die anderen zentralen Polster-Elemente 25, 26 aufweisen kann.
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Der poröse Aufbau des jeweiligen Polster-Elementes 2i hat dabei nicht nur den Vorteil, dass individuell geringe Stauchhärten Si eingestellt werden können, sondern auch, dass sich ein sehr poröses Polster-Element 2i ergibt, wodurch sich gute Belüftungseigenschaften ergeben. So kann der poröse Körper (V2i/V100 zwischen 0.05 und 0.1) gleichzeitig für eine Komforterhöhung verwendet werden, wenn über ein entsprechendes Belüftungssystem ein Gas mit einer bestimmten Temperatur und/oder Feuchtigkeit über die Zwischenräume 5 des Polster-Elementes 2i übertragen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugsitz
- 1a
- Sitzteil
- 1b
- Rückenlehne
- 1c
- Kopfstütze
- 2i
- Polster-Element
- 21, 22
- seitliche Polster-Elemente an der Rückenlehne 1b
- 23, 24
- seitliche Polster-Elemente an dem Sitzteil 1a
- 25
- zentrales Polster-Element an der Rückenlehne 1b
- 26
- zentrales Polster-Element an dem Sitzteil 1a
- 27
- zentrales Polster-Element an der Kopfstütze 1c
- 3
- Knotenpunkt
- 4
- Verbindungsbalken
- 5
- Zwischenraum
- 10
- Netzwerk
- α
- Winkel der Verbindungsbalken 4
- A3
- Abstand zwischen benachbarten Knotenpunkten 3
- D4
- (lichter) Durchmesser der Verbindungsbalken
- R
- Belastungsrichtung
- Si
- Stauchhärte des i. Polster-Elementes 2i
- V2i
- Volumen V2i des i. Polster-Elementes 2i
- V100
- Volumen eins Elementes aus Vollmaterial
- Z
- Anzahl an Verbindungsbalken 4 pro Knotenpunkt 3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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