DE4200553C2

DE4200553C2 - Federkern für Polster

Info

Publication number: DE4200553C2
Application number: DE19924200553
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Ing Renz; Johann Dr Kraemer
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1992-01-11
Filing date: 1992-01-11
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2012-01-12
Also published as: DE4200553A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Federkern für Polster nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 21 17 153 als bekannt hervorgeht.

Aus dieser Schrift ist es bekannt, ein Polster für einen Fahrzeugsitz so auszubilden, daß aus Federmaterial ein Kern gebildet wird, der mit Polstermaterial ummantelt ist.

Desweiteren ist die Möglichkeit, Federn aus Shape-Memory- Legierung herzustellen beispielsweise aus dem Artikel "Lernfähig", erschienen in der Zeitschrift Konstruktionspraxis, Nr.1 Januar 1990 S. 54 ff. bekannt. Der Autor stellt in dem Artikel die Verwendung von aus Shape-Memory-Material hergestellten Spiralfedern als zweckmäßig heraus, da der erzielte Effekt sich über die große verwendete Materiallänge addiere.

Aus der WO 89/12175 ist die Verwendung von Shape-Memory- Material zur Herstellung von öffenbaren Ringen bekannt, die in geöffnetem Zustand über eine Stange oder dergleichen geschoben werden und diese in geschlossenem Zustand dauerhaft umgreifen.

Bei dem aus der DE-OS 21 17 153 bekannten Polster mit Federkern soll bequemes Sitzen ermöglicht werden. Bei der Federung mit bisher üblichen Federn ist es allerdings so, daß Verformungen des Polsters proportional große Kräfte erfordern und daß diese Kräfte auch zur Beibehaltung der Verformung dauernd aufzubringen sind, was bei längerem Sitzen oder Liegen den Komfort beeinträchtigen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem gattungsgemäß zugrundegelegten Federkern dessen Sitz- oder Liegekomfort zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Verwendung von Federn aus Shape-Memory-Legierungen ermöglicht die Verringerung der Verformkräfte bei Belastung gegenüber herkömmlichen Federn, da die Federkennlinie degressiv verläuft. Außerdem erfolgt bei teilweiser Entlastung zunächst ein rascher Abfall der zur Aufrechterhaltung der Verformung notwendigen Kraft. Somit ist die Kraft, die zur Aufrechterhaltung der Verformung notwendig ist, in weiten Bereichen niedriger als die notwendige Verformungskraft. Dies bedeutet eine Entlastung des Körpers. Im Idealfall wird ein Plateau der Kennlinien erreicht, d. h. die Verformungskraft bleibt über einen bestimmten Verformungsweg konstant. Das Plateau der Belastungskennlinie liegt dann ebenfalls über dem der Entlastungskennlinie.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden. Das Vorspannen der Shape-Memory-Le gierung enthaltenden Federn führt dazu, daß der Bereich, in dem die Belastungskennlinie flacher als die einer Stahlfeder ver läuft, schon bei geringeren Belastungszuständen erreicht wird. Durch parallelen und seriellen Einsatz von Stahlfeder und Shape-Memory-Feder wird eine Anpassung des Kennlinienverhal tens an verschiedene Anforderungen erreicht.

Im übrigen ist die Erfindung anhand verschiedener in den Zeich nungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 Aufrißbild eines Sitzes mit Federkern,

Fig. 2 Darstellung des Verlaufs der Federkennlinien bei Be- und Entlastung von Federn aus Shape-Memory- Legierungen im austenitischen Gefügebereich,

Fig. 3 Darstellung einer Parallelanordnung zweier Federn mit Vorspannfessel,

Fig. 4 Darstellung einer Feder aus Materialverbund,

Fig. 5 Darstellung einer seriellen Anordnung zweier Fe dern,

Fig. 6 Darstellung einer Parallelanordnung von Federn aus unterschiedlichen Werkstoffen, wobei die Shape-Memory-Feder durch die Stahlfeder vorge spannt ist, mit zusätzlich angeordneter Heizman schette.

In Fig. 1 wird ein Sitz mit einem aus verschiedenen Federn 2 zusammengesetzter Federkern 3 dargestellt. Zur Erhöhung des Sitzkomforts kann zumindest ein Teil der Federn aus Shape-Me mory-Legierungen hergestellt sein.

Fig. 2 zeigt die Be- und Entlastungskennlinien von Federn aus Shape-Memory-Legierungen im austenitischen Gefügezustand. Shape- Memory-Legierungen sind an sich bekannt. Die Belastungskennlinie 4 steigt zunächst an, geht dann aber rasch in einen flachen Bereich über. Die Entlastungskennlinie 5 zeigt zunächst einen raschen Abfall an und geht dann in einen flacheren Verlauf über, der unterhalb der Belastungskennlinie liegt. Somit ist deutlich, daß die Kraft, die zur Aufrechterhaltung der Verfor mung notwendig ist, geringer ist, als die zum Herbeiführen die ser Verformung notwendige Kraft, was für die Komfortverbesserung des Polsters wesentlich ist.

Fig. 3 zeigt eine Parallelanordnung zweier Federn in der die innere Feder 7 aus Shape-Memory-Legierung und die äußere Feder 8 aus konventionellen Federstahl besteht. Beide Federn 7, 8 werden oben und unten in Federtöpfen 10 gehalten, die einer seits am Federkernrahmen 9 und andererseits am Polster 1 befe stigt sind. Die Federtöpfe 10 sind über eine Vorspannfessel 6 in Form einer dünnen Kette oder Schnur aneinander befestigt, wodurch die maximale Ausdehnung der Federn 7, 8 definiert und eine Vorspannung in den Federn erzeugt wird. Die Federvorspan nung kann auch durch eine die Federn umgebaute, zugenähte Tasche oder ein Säckchen aufgebracht werden. Aufgrund der Vor spannung in den Federn wird trotz Entlastung des Sitzes ein flacherer Bereich der Federkennlinie bereits bei geringer Sitzbelastung erreicht. Ferner kann durch die Parallelschaltung von Shape- Memory-Feder und herkömmlicher Feder erreicht werden, daß der Federverbund in einem durch die Hysteresis der Shape-Memory- Feder gekennzeichneten Be- und Entlastungszyklus verläuft, der sich nach den ersten Benutzungen stabilisiert und dessen Kenn linienverlauf im Kraft-Weg-Diagramm nach rechts verschoben ist, das heißt, die notwendige Verformungskraft ist geringer als es die einfache Addition der Federkennlinien erwarten läßt.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung einer weiteren Feder, die im Kern 18 aus Shape-Memory-Legierung besteht und die mit dem Feder stahl 19 ummantelt ist, wodurch eine Verbundfeder 17 gebildet wird.

In Fig. 5 wird die serielle Befestigung zweier Federn 12, 13 mittels einer Verbindungsklammer 11 dargestellt. Anstelle der Verbindungsklammer kann auch die Verschweißung der Federn er folgen. Durch die serielle Anordnung von Shape-Memory-Feder 12 und konventioneller Stahlfeder 13 kann der Kennlinienverlauf in dem unteren Belastungsbereich, in dem die Kennlinie der Shape- Memory-Feder 12 im wesentlichen gleich dem einer herkömmlichen Feder ist, beeinflußt werden. Ist in diesem Bereich die Kenn linie der konventionellen Stahlfeder 13 flacher als die der Shape-Memory-Feder 12 so folgt die Kennlinie der seriellen Anord nung zunächst dieser Kennlinie. Erst wenn die Kennlinie der Shape-Memory-Feder 12 die Kennlinie der konventionellen Feder 13 schneidet und danach unterhalb dieser verläuft, folgt die serielle Anordnung dieser Kennlinie. Man kann also durch ge eignete Kombination der Federn den Übergangspunkt von herkömm lichem Federverhalten in degressives Kennlinienverhalten auswählen.

In Fig. 6 wird gezeigt, wie man eine Vorspannung der aus Shape- Memory-Legierung bestehenden äußeren Feder 8′ durch eine konzentrisch darin angeordnete Stahlfeder 7′ erreicht. Die Fe dern sind mittels der Federtöpfe 10 am Polster 1 und am Feder kernrahmen 9 befestigt. Dabei wird die innere Feder 7′ an beiden Enden mittels der Klammern 16 zugfest an den Federtöpfen ge halten. Die Länge der Feder 7′ ist im entspannten Zustand er heblich kürzer als die Feder 8′. Durch die gemeinsame Befesti gung wird die Feder 8′ durch die auf Zug vorbelastete Feder 7′ schon auf Druck vorgespannt. Wird nun das Polster 1 belastet, so muß für die Feder 7′ keine Vorspannarbeit geleistet werden, sondern nur für die aus Shape-Memory-Legierung bestehende Feder 8′. Zur Einstellung des Kennlinienverhaltens ist zusätzlich eine Heizmanschette 14 mit einem elektrischen Heizdraht 15 um die aus Shape-Memory-Legierung bestehende Feder 8 angebracht.

Claims

1. Federkern für Polster, in Sitzmöbeln oder Matratzen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Federn (2; 7/8; 7′/8′; 12/13) min destens teilweise aus einer Shape-Memory-Legierung besteht, die so zusammengesetzt ist, daß die Federkennlinie bei Belas tung (4) wesentlich über der Entlastungskennlinie (5) liegt.

2. Federkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federn, die Shape-Memory-Legierung enthalten, unter Vor spannung stehen.

3. Federkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn jeweils aus einem Paar parallel belasteter, vorzugsweise konzentrisch angeordneter Federn (7, 8) gebildet sind, von denen jeweils eine (7) aus Shape-Memory-Legierung und die andere (8) entweder aus konventionellen Federstahl oder aus einer weiteren Shape-Memory-Legierung besteht, die sich bei der Gebrauchstem peratur in einem anderen Gefügezustand als die der ersten Feder (7) befindet.

4. Federkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß teilweise aus Shape-Memory-Legierung bestehende Federn aus einem stabförmigen Verbundmaterial aus Shape-Memory-Legierung und konventionellem Federstahl bestehen, wobei beide Materia lien über die ganze Länge des Verbundes hinweg vorhanden und festhaftend miteinander verbunden sind.

5. Federkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens teilweise aus Shape-Memory-Legierung bestehende Federn jeweils aus einem Paar seriell belasteter Federn (12, 13) gebildet sind, von denen jeweils eine aus Shape-Memory-Le gierung in einem Gefügezustand und die andere entweder aus ei nem konventionellen Federstahl oder aus einer weiteren Shape- Memory-Legierung besteht, die sich bei der Gebrauchstemperatur in einem anderen Gefügezustand als die der ersten Feder befin det.

6. Federkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden seriell belasteten Einzelfedern des Paares (12, 13) aus einem Stab oder Draht bestehen, der auf einem Anteil seiner Länge aus Shape-Memory-Legierung in einem Gefügezustand und auf dem übrigen Anteil seiner Länge aus dem konventionellen Federstahl besteht.

7. Federkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente aus einer konventionellen Stahlfeder (7′) und einer durch diese vorgespannten, aus Shape-Memory-Legierung bestehenden Feder (8′) gebildet sind.

8. Federkern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils den aus Shape-Memory-Legierung bestehenden Federn (8) wärmeleitend zugeordnete, gesteuerte Heizelemente (14) zur gezielten Einstellung deren Kennlinienverlaufs