DE10009941A1 - Schaumteil mit eingeschäumtem elastischen Einlegeteil - Google Patents
Schaumteil mit eingeschäumtem elastischen EinlegeteilInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schaumteil 1 aus einem schäumbaren Kunststoff, insbesondere Polyurethan oder dergleichen, zur Verwendung als Polsterelement im Bereich einer Sitzfläche 2 mit X-Y-Ausdehnung, wobei das Schaummaterial zumindest im Kern 4 des Schaumteils 1 im wesentlichen homogene Werkstoffeigenschaften aufweist und wobei in den Kern 4 des Schaumteils 1 im wesentlichen parallel zur Sitzfläche 2 zumindest ein Einlegeteil 3 mit flächiger X-Y-Ausdehnung eingeschäumt ist, wobei das Einlegeteil 3 vom schäumbaren Kunststoff zumindest teilweise durchschäumbar ist und in X-Richtung und/oder Y-Richtung eine bestimmte Elastizität aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schaumteil nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Schaumteile.
Derartige Schaumteile werden aus schäumbarem Kunststoff, insbesondere
Polyurethan oder dergleichen, hergestellt und finden als Polsterelemente
im Bereich einer Sitzfläche mit X-Y-Ausdehnung Verwendung. Einen der
größten Anwendungsbereiche stellt dabei die Automobilindustrie dar, in
der gattungsgemäße Schaumteile zur Polsterung der Fahrzeugsitze ver
wendet werden. Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen
Schaumteile aber auch in anderen Anwendungsbereichen, beispielsweise
in der Polstermöbelindustrie, Verwendung finden.
Die Sitzfläche, d. h. die Fläche des Polsterelements, auf der das Gesäß
bzw. der Rücken einer Person zur Anlage kommt, definieren dabei eine
X-Y-Ebene, entlang derer sich die gattungsgemäßen Schaumteile erstrec
ken. Das Schaummaterial der gattungsgemäßen Schaumteile weist dabei
zumindest im Kern des Schaumteils im wesentlichen homogene Werkstoffeigenschaften
auf. In den Randbereichen des Schaumteils können die
Werkstoffeigenschaften hiervon abweichen, um beispielsweise Schaum
teile mit geschlossener Oberfläche zu erhalten.
Um den Komfort von Polsterelementen insbesondere bei Fahrzeugsitzen
optimal zu gewährleisten, ist es erforderlich, Schaumteile mit bestimmter
Federkennlinie herzustellen. Von den meisten Fahrzeugherstellern wird
dabei eine progressive Federkennlinie der Schaumteile gefordert. D. h. die
Schaumteile sollen zum Anfang der Belastung relativ weich sein, um ein
weiches Einfedern beim Hinsetzen zu ermöglichen. Im Bereich der
maximalen Belastung, d. h. bei Auflage des vollen Körpergewichts, wird
dagegen eine relativ harte Federung gefordert, um ein straffes Sitzgefühl
zu vermitteln.
Polsterelemente, die entsprechend diesen Anforderungen zwei unter
schiedliche Federsteifigkeiten im Bereich der Anfangs- und der Endbela
stung aufweisen, sind an sich bekannt und können beispielsweise dadurch
hergestellt werden, daß die obere Schicht des Schaumteils aus einem
weicheren Kunststoffschaum und die untere Schicht aus einem härteren
Kunststoffschaum hergestellt wird. Ebenso ist es möglich, in die obere
Schicht des Schaumteils Nuten oder Vertiefungen einzubringen, um
dadurch die Federsteifigkeit des Schaums im oberen Bereich zu verrin
gern. Nachteilig an den bekannten Maßnahmen ist es, daß zur Herstellung
entsprechender Schaumteile ein hoher Herstellungsaufwand erforderlich
ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Schaumteil mit
progressiver Federkennlinie vorzuschlagen, das in einfacher Art und
Weise herstellbar ist. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schaumteile vorzuschlagen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß die homogenen
Werkstoffeigenschaften des Schaumteils, die zu einer näherungsweise
linearen Federkennlinie führen, durch das Einschäumen eines Einlegeteils
modifiziert werden können. Um die gewünschte Progression der Feder
kennlinie zu erreichen, wird deshalb erfindungsgemäß in den Kern des
Schaumteils im wesentlichen parallel zur Sitzfläche zumindest ein Einle
geteil mit flächiger X-Y-Ausdehnung eingeschäumt. Das Merkmal der
Anordnung des Einlegeteils parallel zur Sitzfläche gibt dabei lediglich
die grobe Orientierung des flächigen Einlegeteils an und ist nicht im
Sinne einer exakten Parallelität des Einlegeteils zur Sitzfläche zu verste
hen. Das Einlegeteil kann vielmehr entsprechend den Erfordernissen der
Sitzgeometrie auch beispielsweise eine leicht gewölbte oder verformte
Anordnung aufweisen.
Bei der Auswahl des Materials für das Einlegeteil ist darauf zu achten,
daß es vom schäumbaren Kunststoff zumindest teilweise durchschäumbar
ist und in X-Richtung und/oder Y-Richtung eine bestimmte Elastizität
aufweist. Durch das zumindest teilweise Durchschäumen des Einlegeteils
wird erreicht, daß das Einlegeteil fest im Schaumteil verankert wird und
sich bei Belastung des Schaumteils nicht aus dem Kern des Schaumteils
löst. Durch das eingeschäumte Einlegeteil können die elastischen Eigen
schaften des Schaumteils gezielt verändert werden. Insbesondere kann
erreicht werden, daß die unteren Schaumstoffschichten eine härtere
Federkennlinie zeigen, da die Verformbarkeit des Schaummaterials
aufgrund des eingeschäumten Einlegeteils eingeschränkt wird. Die
Federeigenschaften der oberen Schaumstoffschichten entsprechen hinge
gen weitgehend den Eigenschaften des normalen Schaumstoffs, da die
Verformung der oberen Schichten durch das Einlegeteil weitgehend
unbeeinflußt bleibt. Es ist dabei selbstverständlich, daß das Einlegeteil
eine bestimmte Elastizität in X-Richtung und/oder Y-Richtung aufweisen
muß, da ansonsten die Verformung des Schaumteils ab einem bestimmten
Einfederweg gänzlich ausgeschlossen sein würde und es dadurch zu
Rissen und Beschädigungen des Schaumkörpers käme.
Als Einlegeteil können grundsätzlich alle elastischen Materialien mit
einer im wesentlichen zweidimensionalen Ausdehnung verwendet werden.
Insbesondere sind handelsübliche Fliese, Gewebe oder Gitter als Einle
geteile verwendbar, wobei die Wahl der unterschiedlichen Materialien
vom jeweiligen Anwendungsfall und den gewünschten Werkstückeigen
schaften abhängt.
Weiterhin ist es denkbar, als Einlegeteile auch ein Gewirke zu verwen
den. Derartige Gewirke haben eine im wesentlichen flächige Ausdehnung
und weisen dabei eine bestimmte Schichtdicke in Z-Richtung auf. Da das
Gewirke von dem schäumbaren Kunststoff durchschäumt wird, ergibt sich
somit eine Schicht im Schaumteil, deren Schichtdicke der Schichtdicke
des Einlegeteils entspricht und deren elastische Eigenschaften sich aus
der Kombination der Eigenschaften von Schaumstoff und Einlegeteil
ergibt. Über den Effekt der Erhöhung der Federhärte des Schaumteils
durch die Behinderung der Verformung des Schaumstoffs durch das
Einlegeteil ergibt sich somit eine zusätzliche Möglichkeit, die Federei
genschaften des Schaumteils zu beeinflussen, da die elastischen Eigen
schaften des Gewirkes direkten Einfluß auf die Federkennlinie des
Schaumteils haben.
In welcher Art das Gewirke gestaltet ist, ist grundsätzlich beliebig und
kann auf die Erfordernisse des jeweiligen Einsatzfalles abgestimmt
werden. Eine besonders vorteilhafte Gestaltung des Gewirkes ergibt sich,
wenn das Gewirke eine obere und eine untere Gewebeschicht aufweist,
die sich jeweils in X-Richtung und Y-Richtung erstrecken. Aufgrund
ihrer Gewebestruktur weist das Gewirke dadurch die gewünschte Elasti
zität in X- und Y-Richtung auf. Die beiden Gewebeschichten werden
dabei durch eine Vielzahl von in Z-Richtung verlaufenden, elastischen
Fäden auseinandergehalten. Nach dem Durchschäumen ergibt sich somit
im Schaumteil eine Schicht, die von oben und unten durch die Gewebe
schichten begrenzt wird und in deren Innern der Schaumstoff die in Z-
Richtung verlaufenden elastischen Fäden vollständig umschließt.
Je nach Anwendungsfall ist es denkbar, daß das Einlegeteil sich im
wesentlichen vollflächig durch den gesamten Kern des Schaumteils
erstreckt oder alternativ dazu ein bzw. mehrere Einlegeteile lediglich
partiell in bestimmten Bereichen des Kerns des Schaumteils angeordnet
sind. Durch die partielle Anordnung von Einlegeteilen im Schaumteil
können bestimmte Zonen des Polsterelements in gezielter Weise beein
flußt werden, so daß bestimmte ortsabhängige Polstercharakteristiken
erzielt werden können.
Bei bestimmten Fahrzeugtypen, beispielsweise bei Sportfahrzeugen, sind
an das Schaumteil der Sitzpolsterung seitliche Stützpolster angeformt, die
sich über die Sitzfläche nach oben erstrecken und dem Fahrer dadurch
seitlichen Halt vermitteln sollen. Diese seitlichen Stützpolster müssen in
besonderer Weise stabilisiert werden, um die auftretenden seitlichen
Haltekräfte aufnehmen zu können. Dazu können beispielsweise Drahtteile
in das Schaumteil eingeschäumt werden, die den Kern des Schaumteils
mit den seitlichen Stützpolstern verbinden. Bei Verwendung der erfin
dungsgemäßen Einlegeteile kann die Stabilisierung der seitlichen Stütz
polster dadurch erreicht werden, daß sich das Einlegeteil ausgehend vom
des Kern des Schaumteils zumindest teilweise bis in das Schaummaterial
der seitlichen Stützpolster erstreckt.
Die Stabilisierung der seitlichen Stützpolster kann dabei verstärkt wer
den, wenn das Einlegeteil vor dem Umschäumen eine der Sitzkontur des
Schaumteils mit angeformten Stützpolstern entsprechende zumindest
teilweise formstabile Profilierung erhält. Durch die formstabile Profilie
rung, die insbesondere der Gestaltung der seitlichen Stützpolster nachge
bildet sein kann, wird die Verformbarkeit des eingeschäumten Einlege
teils weiter verringert, so daß die Stützpolster im Ergebnis einen besseren
Halt am Kern des Schaumteils haben.
Um die gewünschte Profilierung des Einlegeteils zu erreichen, ist es
denkbar, Materialien zu verwenden, bei denen durch thermische Behandlung
im Bereich der gewünschten Profilkanten eine Aussteifung erreich
bar ist. Beispielsweise können dazu Gewirke aus thermoplastischen
Material Verwendung finden, die im Bereich der gewünschten Profilkan
ten durch linienförmige Erhitzung dauerhaft verformbar sind.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen
Schaumteile für Fahrzeugsitze von Kraftfahrzeugen.
Die erfindungsgemäßen Schaumteile können in einfacher Weise dadurch
hergestellt werden, daß die Schaumteile in konventioneller Weise in einer
Form aus einem schäumbaren Kunststoff geschäumt werden, wobei vor
der Zugabe des schäumbaren Kunststoffes in die Form ein durchschäum
bares, elastisches Einlegeteil mit flächiger X-Y-Ausdehnung in die Form
eingelegt werden muß. Durch die Zugabe des schäumbaren Kunststoffes
wird das Einlegeteil in der gewünschten Lage in das Schaumteil einge
schäumt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich bevorzugte Ausfüh
rungsformen der Erfindung darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schaumteil im seitlichen Querschnitt;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Schaumteil im Querschnitt von vorne;
Fig. 3 die Federkennlinie eines Schaumteil ohne Einlegeteil;
Fig. 4 die Federkennlinie eines erfindungsgemäßen Schaumteils.
Man erkennt in Fig. 1 ein Schaumteil 1, dessen Sitzfläche 2 sich in X-
und Y-Richtung erstreckt. Im wesentlichen parallel zur Sitzfläche 2 ist
ein Einlegeteil 3 in den Kern 4 des Schaumteils 1 eingeschäumt. Das
Einlegeteil 3 wird dabei von einem Gewirke gebildet, dessen Ausdehnung
in X- und Y-Richtung im wesentlichen der Ausdehnung der Sitzfläche 2
entspricht und das eine bestimmte Schichtdicke in Z-Richtung aufweist.
Das Gewirke 3 ist dabei vollkommen von dem Schaummaterial des
Schaumteils 1 durchschäumt. Das dargestellte Schaumteil ist zur Ver
wendung in einem Fahrzeugsitz vorgesehen und dient dabei der Aufnahme
des Gesäßes eines der Fahrzeuginsassen. Ein entsprechend gestaltetes
Schaumteil mit Einlegeteil ist selbstverständlich für den Bereich der
Sitzpolsterung denkbar, an den der Rücken der Fahrzeuginsassen zur
Anlage kommt. Die Erstreckung des Einlegeteils 3 im Kern des Schaum
teils 1 ist in Fig. 1 lediglich beispielhaft dargestellt. Es ist durchaus
denkbar, das Einlegeteil 2 auch bis zum äußersten Rand des Schaumteils
1 zu erstrecken.
Fig. 2 zeigt ein Schaumteil 5, das zur Verwendung in einem Sportfahr
zeug vorgesehen ist. Man erkennt die Sitzfläche 6 und zwei seitlich an
den Kern 7 des Schaumteils 5 angeformte Stützpolster 8 und 9. In dem
Kern 7 des Stützpolsters 5 ist ein Einlegeteil 10 eingeschäumt, das sich
seitlich bis in das Schaummaterial der Stützpolster 8 und 9 erstreckt. Das
Einlegeteil 10 ist dabei im Bereich der Profilkanten 11 und 12, die den
Übergang vom Kern 7 des Schaumteils 5 in die seitlichen Stützpolster 8
und 9 darstellen, dauerhaft durch thermische Behandlung verformt.
Dadurch ergibt sich eine U-förmige Profilierung des Einlegeteils 10,
wodurch die seitliche Stabilisierung der Stützpolster 8 und 9 erhöht
werden kann.
Fig. 3 zeigt die Federkennlinie eines konventionellen Schaumteils ohne
Einlegeteil. Man erkennt, daß der Federwiderstand des Schaumteils bei
zunehmender Einfederung nahezu linear zunimmt. Außerdem erkennt man
die Federhysterese beim Ausfedern des Schaumteils, wie sie bei Schaum
körpern üblich ist.
Im Unterschied dazu zeigt Fig. 4 die Federkennlinie eines entsprechenden
Schaumteils mit eingeschäumtem Einlegeteil. Man erkennt, daß das
Schaumteil im unteren Belastungsbereich bis zu einer Einfederung von
ca. 30 mm relativ weich einfedert. Dies entspricht der Verformung der
oberen Schichten des Schaumteils, die nicht durch das eingeschäumte
Einlegeteil behindert wird. Ab einem Einfederweg von ca. 30 mm ist die
obere Schicht des Schaumteils nahezu vollständig zusammengedrückt und
der Federwiderstand steigt nun progressiv an. Je stärker das Schaumteil
eingefedert wird, desto stärker wird die Verformung durch das einge
schäumte Einlegeteil behindert.
Im Ergebnis kann somit durch das Einschäumen des Einlegeteils die
gewünschte stärkere Progression der Federkennlinie im Vergleich zum
konventionellen Schaumteil erreicht werden, ohne daß Schaummaterialien
unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften kombiniert werden müßten.
Claims (11)
1. Schaumteil aus einem schäumbaren Kunststoff, insbesondere Polyu
rethan oder dergleichen, zur Verwendung als Polsterelement im Be
reich einer Sitzfläche mit X-Y-Ausdehnung, wobei das Schaummate
rial zumindest im Kern des Schaumteils im wesentlichen homogene
Werkstoffeigenschaften aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Kern (4) des Schaumteils (1) im wesentlichen parallel zur
Sitzfläche (2) zumindest ein Einlegeteil (3) mit flächiger X-Y-
Ausdehnung eingeschäumt ist, wobei das Einlegeteil (3) vom schäum
baren Kunststoff zumindest teilweise durchschäumbar ist und in X-
Richtung und/oder Y-Richtung eine bestimmte Elastizität aufweist.
2. Schaumteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Einlegeteil ein Vlies, Gewebe oder Gitter mit im wesentlichen
zweidimensionaler Ausdehnung verwendet wird.
3. Schaumteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Einlegeteil (3, 10) ein Gewirke mit im wesentlichen flächiger
Ausdehnung verwendet wird, das eine bestimmte Schichtdicke in Z-
Richtung aufweist.
4. Schaumteil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gewirke eine obere und eine untere Gewebeschicht aufweist,
die sich jeweils in X-Richtung und Y-Richtung erstrecken, wobei die
beiden Gewebeschichten durch einer Vielzahl von in Z-Richtung ver
laufender, elastischer Fäden auseinandergehalten werden.
5. Schaumteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Einlegeteil im wesentlichen vollflächig durch den ge
samten Kern des Schaumteils erstreckt.
6. Schaumteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere Einlegeteile partiell in bestimmten Bereichen
des Kerns des Schaumteils angeordnet sind.
7. Schaumteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß an das Schaumteil (5) zumindest ein seitliches Stützpolster (8, 9)
angeformt ist, das sich über die Sitzfläche (6) nach oben erstreckt,
wobei sich das Einlegeteil (10) ausgehend vom Kern (7) des Schaum
teils zumindest teilweise bis in das Schaummaterial der seitlichen
Stützpolster (8, 9) erstreckt.
8. Schaumteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einlegeteil (10) vor dem Umschäumen eine der Sitzkontur des
Schaumteils (5) entsprechende zumindest teilweise formstabile Profi
lierung erhält.
9. Schaumteil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Profilierung des Einlegeteils (10) durch thermische Behand
lung im Bereich der gewünschten Profilkanten (11, 12) erreichbar ist.
10. Fahrzeugsitz für ein Kraftfahrzeug der zumindest ein Schaumteil nach
den Ansprüchen 1 bis 9 aufweist.
11. Verfahren zu Herstellung eines Schaumteils nach den Ansprüchen 1
bis 9 bei dem ein schäumbarer Kunststoff, insbesondere Polyurethan
oder ähnliches, in eine Form eingegeben wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Zugabe des schäumbaren Kunststoffs ein durchschäumba
res, elastisches Einlegeteil mit flächiger X-Y-Ausdehnung in die
Form eingelegt wird und anschließend vom schäumbaren Kunststoff
um- und durchschäumt wird.
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