-
Die Erfindung betrifft eine Polsterung, insbesondere für einen Sitz, mit mindestens einem Kernteil, mit dem eine nachgiebige äußere Form der Polsterung erzeugbar ist, wobei das Kernteil aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, und mindestens einem Armierungselement, das in oder an dem Kernteil angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Polsterung.
-
Im heutigen Fahrzeugbau werden bei den Erstausrüstern Sitzformteile aus Polyurethanschaum (PU- bzw. PUR-Schaum) verwendet. Aufgrund ihrer Beschaffenheit sind derartige Formschaumteile nicht in jeder Materialdicke für jeden, individuellen Verwendungszweck einsetzbar. Unterhalb einer bestimmten Mindestdicke reißen oder brechen diese bei bestimmten Beanspruchungen, die die maximal zulässige Beanspruchung übersteigen. Dieser Effekt wird im Laufe der Zeit durch die Schaumalterung zusätzlich verstärkt.
-
Um solchen Schadensfällen zuvorzukommen, wurden bisher im Stand der Technik Versuche mit diversen Gitterstrukturen unternommen, die als Verstärkung oder Armierung eingesetzt werden. Diese Versuche zeigten jedoch bezüglich der Verbesserung der Bruchresistenz nur geringe Wirkung. Hierbei wurden Verstärkungsmaterialien oberflächlich an den Formschaumteilen angeordnet oder in die Formschaumteile eingebettet. Aufgrund ihrer durch die geringe Dicke, nahezu zweidimensionalen Erscheinungsform der Verstärkungsmaterialien, ist das Bruchverhalten des Formschaumteils nur unwesentlich besser als ohne Verstärkungsmaterial. Durch ein solches Gitter wird lediglich ein Durchstoßen bzw. Durchdringen des Schaumkörpers mittels Fremdkörper verhindert. Gerade in besonders beanspruchten Bereichen, z. B. Sitzwulstteilen, werden teure und aufwändige Konstruktionen benötigt, um das Brechen der Formschaumteile zu verhindern.
-
Im Stand der Technik wurde weiterhin auch versucht, mit Hilfe von Abstandsgewirken dreidimensionale Armierungen in die Formschaumteile einzusetzen. Solche Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass diese Armierungen aus Multifilamenten bestehen und der Schaum diese Textillagen bei der Herstellung des Formschaumteils durchdringt und verhärtet. Dies reduziert nicht nur den Sitzkomfort aufgrund des hohen Härtegrades eines solchen Formschaumteils, sondern bedingt auch eine Erhöhung der Kosten aufgrund der aufwändigen Herstellverfahren für Abstandsgewirke. Ein alternative Lösung liegt in der Erhöhung der Formschaumdicke, die jedoch nicht zu befriedigenden Ergebnissen führt, da hierdurch der Bauraum sowie das Gewicht des Formschaumteils und damit des Gesamtsitzes erhöht wird.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Polsterung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Polsterung anzugeben, die bei geringen Bauteilabmessungen hohe Beaufschlagungen aufnehmen kann, ohne Beschädigungen zu erfahren.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Besondere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, die auf die unabhängigen Ansprüche zurückbezogen sind.
-
Eine erfindungsgemäße Polsterung, insbesondere für einen Sitz, kann mindestens ein Kernteil, mit dem eine nachgiebige äußere Form der Polsterung erzeugbar ist, wobei das Kernteil aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist und mindestens ein Armierungselement, das in oder an dem Kernteil angeordnet ist, aufweisen. Weiterhin kann das Armierungselement aus mindestens einem Monofil ausgebildet sein, wobei das Monofil an vorbestimmten Kreuzbereichen, an denen es sich selbst oder weitere Monofile kreuzt, mit sich selbst oder mit weiteren Monofilen verbunden sein, wobei jedes Monofil im Wesentlichen eine Kunststofffaser endlicher Länge ist. Aus dem Vorsehen einer Armierung aus Monofilen ergibt sich der Vorteil, dass sich keine ungewollte Verhärtung wie bei Armiergeweben oder Abstandsgewirken beim Schäumen des Formschaumteils ergibt.
-
Darüber hinaus kann das Armierungselement als vorgefertigtes Zuschnittteil, insbesondere als Matte, ausgebildet sein. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass vor der Herstellung des Formschaumteils die mechanischen Eigenschaften der Armierung in einem separaten Verfahren einstellbar sind.
-
Weiterhin können in dem Armierungselement Monofile als wirre Fasern angeordnet sein.
-
Zusätzlich oder alternativ kann das Kernteil als Formschaumteil, insbesondere aus Polyurethan-Kunststoff, ausgebildet sein.
-
Ferner kann das Armierungselement eine dreidimensionale Gestalt aufweisen. Durch diese dreidimensionale Beschaffenheit ist eine dreidimensionale Verstärkung der Schaumstruktur möglich, so dass das Formschaumteil in Längen-, Breiten- und Dicken-Richtung des Armierungselements verstärkt wird.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Polsterung mit den Schritten: Bereitstellen eines Formwerkszeugs, Einbringen zumindest eines Armierungselements in eine Kavität des Formwerkzeugs, Erzeugen der Polsterung durch Ausschäumen der Kavität des Formwerkzeugs, insbesondere mit Polyurethan. Weiterhin kann das Armierungselement eine Monofil-Struktur aufweisen und als vorgefertigtes Zuschnittteil, insbesondere als Matte, in die Kavität des Formwerkzeugs eingebracht werden.
-
Darüber hinaus kann zum Erzeugen einer Monofil-Struktur durch Einbringen von mindestens einem Monofil in ein Armierungselementherstellungswerkzeug hergestellt werden, wobei während oder nach dem Einbringen des zumindest einen Monofiles eine wirre Anordnung des zumindest einen Monfiles in der Armierungselementherstellungswerkzeug erzeugt wird. Anschließend kann das zumindest eine Monofil an vorbestimmten Kreuzbereichen, an denen es sich selbst oder weitere Monofile kreuzt, mit sich selbst oder mit weiteren Monofilen verbunden werden. Ferner kann durch Erstarren der Monofil-Struktur zu einem Armierungselement und Zuschneiden des Armierungselements in geometrisch vorbestimmte Zuschnittteile das Armierungselement fertiggestellt werden.
-
Weiterhin kann das Monofil in einer vorbestimmten oder wirren Positionierung in dem Armierungselementherstellungswerkzeug angeordnet werden, wobei Monofile an vorbestimmten Kreuzbereichen durch Beaufschlagung mit Wärme und/oder Druck verbunden werden und anschließend die erzeugte Monofil-Struktur erstarrt.
-
Weiterhin kann das Armierungselementherstellungswerkzeug während der Erzeugung der Monofil-Struktur temperiert werden.
-
Nachfolgend soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden, wobei diese Figuren schematisch, beispielhaft und nicht einschränkend zeigen:
-
1 Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Polsterung,
-
2 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Polsterung,
-
3 eine dreidimensionale Struktur aus Monofilen,
-
4 eine Draufsicht einer dreidimensionalen Struktur aus Monofilen mit Gitterprägung und
-
5 eine Profilansicht einer dreidimensionale Struktur mit glatter Unterseite.
-
In 1 ist beispielhaft eine Polsterung 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Formschaumteil für eine hintere Rücksitzbank eines Kraftfahrzeugs. Wie aus 10 ersichtlich, kann die Polsterung 10 die gesamte Rücksitzbank betreffen oder einzelne Elemente, wie beispielsweise die Sitzfläche, die Lehne oder jeweils einzelne Segmente davon. Mit anderen Worten: die Rücksitzbank kann einstückig ausgebildet sein, oder mehrstückig ausgebildet sein und eine Mehrzahl von einzelnen Polsterungen umfassen.
-
In 2 ist eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Polsterung 10 dargestellt. Die Polsterung 10 weist ein Kernteil 11 auf, in das ein Armierungselement 12 eingebettet ist. Das Kernteil 11 ist dabei aus einem ausgeschäumten Kunststoff ausgebildet. Bevorzugt werden hier Polyurethanschäume oder Methylendiphenyldiisocyanat-Kaltschäume (MPI) verwendet. Als Armierung bzw. Armierungselement 12 wird eine Monofil-Struktur verwendet, die aus einem einzigen Monofil oder aus einer Vielzahl von Monofilen gebildet ist. Im Sinne der Erfindung ist eine Monofil-Struktur eine Struktur, die aus einer einzigen Faser vorbestimmter Länge oder einer Vielzahl von sich kreuzenden bzw. überlappenden Fasern gebildet ist. An den Kreuzungspunkten der Fasern, den sogenannten Monofile, sind diese miteinander verbunden. Die Monofile können aus thermoplastisch ausspinnbaren Kunststoffen, insbesondere aus Elastomeren, Polypropylen, Polyester und/oder Polyamid sowie aus Naturfasern hergestellt sein.
-
Die Monofil-Struktur, welche das Arretierungselement 12 bildet, ist dabei vorab zugeschnitten. Mit anderen Worten, das Arretierungselement 12 ist ein Zuschnittteil, das zuerst in einer vorbestimmten, geometrischen Form zugeschnitten wird. Besonders bevorzugt werden die Armierungselemente 12 vorab mattenförmig zugeschnitten. Mattenförmige Elemente im Sinne der Erfindung sind Bauteile, deren geometrische Abmaße in Längs- und Quer-Richtung um ein Vielfaches größer sind als in der Hochrichtung. Diese Matten können gestanzt oder in anderer Form zu Zuschnittsteilen geschnitten werden, bevor sie in die Polsterung 10 eingearbeitet werden.
-
In 3 ist beispielhaft eine dreidimensionale Struktur aus Monofilen dargestellt, die ein Armierungselement 12 bilden. Die Monofile, dunkel dargestellt, sind dabei in alle drei Raumrichtungen wirr verlegt und an ihren Kreuzungsbereichen miteinander verbunden.
-
Eine weitere alternative Ausführungsform des Arretierungselements 12 zeigt in einer Draufsicht 4, in der die dreidimensionale Monofil-Struktur eine Gitterprägung aufweist. Hieraus ergeben sich Vorteile dahingehend, dass in Längsrichtung und in Querrichtung punktuelle Versteifungen realisiert werden, ohne die Druckhaptik in Hochrichtung zu verändern bzw. zu verhärten. In 5 ist die Matte aus 4 im Profil dargestellt. Die dreidimensionale Monofil-Struktur weist eine glatte Unterseite auf, wie aus der Seitenansicht in 5 zu erkennen ist. Die glatte Seite wird so ausgerichtet, dass sie in der Polsterung 10 in Richtung einer Seite der Polsterung 10 weist, die einer darauf sitzenden Person zugewandt ist. Dadurch kann vorteilhafterweise eine komfortable und gleichmäßige Sitzfläche gebildet werden, wobei keine unangenehmen Druckstellen, beispielsweise durch unebene oder hervorspringende Monofile, seitens der Person wahrnehmbar sind. Die der glatten Seite gegenüberliegende, lose Seite bietet den Vorteil, dass die Matte leichter in eine konkave oder konvexe Form eingebracht werden kann. Die Monofile im Mattenverbund werden durch eine beheizte Rasterwalze oder durch einen beheizten Stempel gitterförmig angeschmolzen und dabei gegen eine eben Oberfläche gepresst. Dadurch entstehen zum einen die gitterförmige Struktur und zum anderen die glatte Unterseite. Durch die Gitterprägung vergrößert sich ferner auch die effektive Oberfläche und trägt somit zu einer besseren Verbindung zwischen den Monofilen und dem Schaumstoff bei.
-
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann das Armierungselement beidseitig glatt ausgebildet sein. Ein Armierungselement mit glatter Oberfläche kann näher an die Schaumstoffoberseite, d. h. an die zum Insassen zugewandte Seite positioniert werden. Der Einsatz von glatten Armierungselementen ist somit auch in Bereichen mit geringen Schaumstoffdicken möglich.
-
Im Folgenden soll das Verfahren zur Herstellung der Polsterung gemäß der Erfindung beschrieben werden. Das Einschäumen erfolgt dabei, indem zuerst ein Arretierungselement 12 in Form einer Matte aus wirr liegenden, an den Kreuzungspunkten verschmolzenen Monofilen bzw. daraus hergestellter Zuschnittteile in eine Kavität einer Werkzeugform eingelegt wird. Alternativ können die Monofile an ihren Kreuzungspunkten auch miteinander verwoben, verknotet oder in loser Form verlegt sein. Die Werkzeugform ist eine Schäumform, deren äußere Kontur im Wesentlichen der Kontur des späteren Sitzformteils als Negativform entspricht. Das Armierungselement 12 wird in die Kavität der Werkzeugform positioniert und an einer vorbestimmten Stelle arretiert und somit gegen Verschieben und Verrutschen gesichert. Anschließend wird des Formgebungswerkzeug geschlossen und der entstehende Hohlraum in einem Schäumvorgang ausgeschäumt, bei dem das Material des Kernteils 11 insbesondere Polyurethanschaum in den Hohlraum bzw. die Kavität des Werkzeugs eingebracht wird. Nachdem das Kernteil 11 vollständig erstarrt ist, kann die fertige Polsterung 10 aus dem Werkzeug entnommen werden. Bei dem Werkzeug handelt es sich um aus dem Stand der Technik bekannte Spritzgusswerkzeuge, die beispielsweise aus zwei Werkzeughälften gebildet sind.
-
Vorher muss jedoch die Monofil-Struktur erzeugt werden. Diese wird dabei aus einem Faden oder einer Faser aus Kunststoffmaterial und/oder Naturfasermaterial erzeugt. Wahlweise können auch eine Mehrzahl von Kunststofffasern oder Naturfasern, den sogenannten Monofilen, zu einer Monofil-Struktur zusammengesetzt werden. In der Monofil-Struktur liegen die Monofile wirr aufeinander, in allen drei Raumrichtungen homogen oder inhomogen verteilt und sind an Kreuzungsbereichen, in denen sie sich selbst, oder andere Monofile kreuzen und dabei berühren, miteinander verbunden. Mit anderen Worten, wenn ein einzelnes Monofil eine Schleife bildet, ist der Punkt, in dem die zwei Schleifenbereiche aufeinander aufliegen, ein Kreuzbereich, in dem die Schleifenendbereiche fest miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschmelzung. Analog dazu bilden sich Kreuzungsbereiche auch dort aus, wo zwei oder mehrere verschiedene Monofile aufeinander abstützen. Solche Kreuzbereiche können punktförmig oder auch linienförmig sein, wenn zwei Monofile zumindest abschnittsweise parallel ausgerichtet sind und dabei aufeinander aufliegen.
-
Die dreidimensionale Gestalt der Monofil-Struktur kann dabei variiert werden, beispielsweise um speziellen Oberflächenkonturen des späteren Sitzformteils Rechnung zu tragen. Durch geeignete Materialauswahl und Variation der Faserdicke (Titer oder Faserdurchmesser) der Monofile wird der Härtegrad und das Dehnverhalten des Armierungselements 12 und damit auch der Polsterung 10 gesteuert. Durch Variation der Dichte der Matten kann der Grad der Bruchbeständigkeit verändert werden. Als Dichte der Matte ist in diesem Zusammenhang die Anzahl an Monofilen pro Volumen der Matte zu verstehen. Je mehr Monofile pro Mattenvolumen vorhanden sind, desto höher die Dichte der Matte. Durch Variation der Mattendicke kann der Gesamtaufbau der Polsterung, d. h. das Verhältnis von Schaumformteil bzw. Kernteil 11 zu Armierungselement 12 optimal eingestellt werden.
-
Das Armierungselement 12 erstreckt sich in Längsrichtung, Breitenrichtung und in Höhenrichtung, so dass sich eine dreidimensionale Struktur ausbildet mit einer vorbestimmten Dicke. Somit kann in Längs-, Breiten- und Dickenrichtung des Arretierungselements 12 eine Verstärkung der Polsterung 10 erzielt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dünnen, schichtartigen Armierungen, die nur in Längsrichtung oder Breitenrichtung, jedoch nicht in Dickenrichtung zu einer Verstärkung der Polsterung 10 führen.
-
Durch den Einsatz von monofilen Fäden ist ein Eindringen des Schaumes in den einzelnen Monofil-Faden nicht möglich, so dass auch keine Verhärtung des Monofiles im Gegensatz zu aus Multifilamenten bestehenden Abstandsgewirken auftreten kann.
-
Erfindungsgemäß können so Schaumformteile realisiert werden, die besonderen Belastungen aussetzbar sind, die ohne Vorsehen eines Armierungselements 12 zum Reißen oder Brechen des Schaumformteils 11 führen würden. Im Sinne der Erfindung ist eine Polsterung als eine Sitzunterlage zu verstehen, auf der ein Fahrzeugführer oder Passagier Platz nehmen kann. Darunter sind insbesondere Polsterungen für Kraftfahrzeugsitze, Motorradsitze und/oder Fahrradsattel zu verstehen. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Polsterung auch in einer Lehne eines Fahrzeugsitzes, in einer Armauflage, einem nachgiebig ausgebildeten Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs, Liegematten, Matratzen, Kopfstützen, Kopfkissen oder als Unterpolsterung für Kindersitze Verwendung finden.
-
Im Folgenden sollen nochmals Vorteile der Erfindung zusammengefasst werden. Durch das bessere Alterungsverhalten der Monofile wird die Lebensdauer und Haltbarkeit des Formschaumteils 11 und somit der gesamten Polsterung 10 erhöht. Durch Vorsehung des Armierungselements 12 können dünnere Polsterelemente realisiert werden, im Vergleich zu Polsterungen, bei denen das Schaumformteil eine große Dicke aufweisen muss, um die gleichen Belastungen zu erfragen. Hieraus ergibt sich eine wesentliche Reduzierung des Bauraums. Letztlich führt der durch die Erfindung mögliche Verzicht auf Formschaumteilmaterial zu einer Reduzierung des Gewichts und einer Einsparung der Kosten.
