DE102008026815A1

DE102008026815A1 - Fahrzeugsitz mit Kopfstütze und Kopfstützenrohr

Info

Publication number: DE102008026815A1
Application number: DE102008026815A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Maier; Andreas Cott
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz mit Kopfstütze (2) und mindestens einem Kopfstützenrohr (3). Das Kopfstützenrohr (3) ist in seiner Sollwandstärke an eine Mindestbruchfestigkeit und eine Mindestknickfestigkeit bei Aufprallbelastung angepasst. Das Kopfstützenrohr (3) ragt aus einer Rohrführung (5) einer Rückenlehne (8) des Fahrzeugsitzes (1) heraus, wobei das Kopfstützenrohr (3) einen ovalen Querschnitt (6) mit einer Längsachse (10) und einer Querachse (11) aufweist und wobei das Kopfstützenrohr (3) in der Rohrführung (5) der Rückenlehne (8) derart angeordnet ist, dass die Querschnittslängsachse (10) in Fahrtrichtung (12) und die Querschnittsquerachse (11) des Kopfstützenrohrs quer zur Fahrtrichtung (12) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz mit einer Kopfstütze und mindestens einem Kopfstützenrohr. Dabei ist das Kopfstützenrohr in seiner Sollwandstärke an eine Mindestbruchfestigkeit und eine Mindestknickfestigkeit bei Aufprallbelastung angepasst, die bei einem Frontalzusammenstoß eines Fahrzeugs oder Heckaufprall eines anderen Fahrzeugs in Gegenfahrtrichtung auftreten kann. Das Kopfstützenrohr ragt dabei aus einer Rohrführung einer Rückenlehne des Fahrzeugsitzes heraus.
Aus der Druckschrift DE 100 13 817 A1 ist eine derartige Kopfstütze für einen Sitz eines Fortbewegungsmittels, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stützkörper und mindestens einer daran angeordneten, als Hohlprofil ausgebildeten Führungsstange bekannt. Für die Führungsstange ist die Kopfstütze in eine zugeordnete Aufnahme eines Sitzes einführbar.
Eine derartige Kopfstütze 2 gemäß dem Stand der Technik zeigt 4, wobei die Kopfstütze 2 die Kräfte, die in Gegenfahrtrichtung 4 bei einem Aufprall aufgenommen werden müssen, über das an der Kopfstütze 2 befestigte Kopfstützenrohr 3 an die Rohrführung 5, die in diesem Stand der Technik in der Rückenlehne angeordnet ist, abgibt. Die Wandstärke eines runden Querschnitts 15, wie er in 4 gezeigt wird, richtet sich dabei nach der höchsten Belastung, die in Fahrtrichtung bzw. Gegenfahrtrichtung auftreten kann.
Diese Dimensionierung hat den Nachteil, dass die Wandstärke zur Aufnahme von Kräften in Querrichtung 16, d. h. die quer zur Fahrtrichtung auftreten, überdimensioniert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrzeugsitz mit Kopfstütze und Kopfstützenrohr anzugeben, dessen Rohrquerschnitt an die unterschiedlichen Belastungen in Fahrtrichtung und quer zur Fahrtrichtung angepasst ist.
Diese Aufgabe wird mit dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeugsitz mit einer Kopfstütze und mindestens einem Kopfstützenrohr geschaffen. Dabei ist das Kopfstützenrohr in seiner Sollwandstärke an eine Mindestbruchfestigkeit und eine Mindestknickfestigkeit bei Aufprallbelastung angepasst, die bei einem Frontalzusammenstoß oder einem Heckaufprall eines Fahrzeugs in Gegenfahrtrichtung auftreten kann. Das Kopfstützenrohr ragt aus einer Rohrführung einer Rückenlehne des Fahrzeugsitzes heraus. Dabei weist das Kopfstützenrohr einen ovalen Querschnitt mit einer Längsachse und einer Querachse auf. Das Kopfstützenrohr ist derart in der Kopfstützrohrführung einer Fahrzeugsitzrückenlehne angeordnet, dass die Querschnittslängsachse in Fahrtrichtung und die Querschnittsquerachse des Kopfstützenrohres quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet sind.
Diese ovale Querschnittsform hat den Vorteil, dass nur ein einzelnes Kopfstützenrohr pro Kopfstütze erforderlich ist, wobei das ovale Profil ein Verdrehen der Kopfstütze im Gegensatz zum Stand der Technik verhindert, so dass ein sonst übliches zweites Kopfstützenrohr entfallen kann. Weiterhin hat der ovale Querschnitt den Vorteil, dass er besser an die verminderte Querbelastung bei Unfällen angepasst ist und somit ein Gewichtseinsparpotential für einen Fahrzeugsitz vollständig nutzt. Dazu wird die Längsachse des ovalen Querschnitts unter Berücksichtigung der Wandstärke in ihrer Bruchfestigkeit auf die Belastungen in Fahrtrichtung bzw. Gegenfahrtrichtung optimiert, und die Ausdehnung des ovalen Profils in Richtung der Querachse wird entsprechend der verminderten Belastung quer zur Fahrtrichtung bei sonst gleicher Wandstärke vermindert, womit gegenüber einem runden Kopfstützenrohrprofil eine deutliche Gewichtseinsparung möglich wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist deshalb das Gesamtgewicht des mindestens einen Kopfstützenrohres mit ovalem Querschnitt und einheitlicher Wandstärke gegenüber einem Kopfstützenrohr mit rundem Querschnitt mit Sollwandstärke verringert. Die Bruchfestigkeit und die Knickfestigkeit des mindestens einen Kopfstützenrohres mit ovalem Querschnitt in Fahrtrichtung werden dabei beibehalten und in Querrichtung gegenüber einem runden Querschnitt der verminderten Belastung angepasst. Dabei wird die Wandstärke konstant gehalten, und das Kopfstützenrohr nicht mit unterschiedlichen Wandstärken im Querschnitt versehen, was die Herstellungskosten des Kopfstützenrohres mit ovalem Querschnitt minimiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der ovale Querschnitt eine elliptische Außen- und Innenkontur auf, die sich deutlich von einem kreisförmigen Querschnitt unterscheiden und eine gleich bleibende Wandstärke sichern.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rohrführung in der Kopfstütze selbst angeordnet. Dabei ist die Kopfstütze an dem aus der Rückenlehne herausragenden Bereich des Kopfstützenrohres höhenverstellbar angeordnet. Alternativ kann das mindestens eine Kopfstützenrohr mit fixierter Kopfstütze in einer Rohrführung der Rückenlehne höhenverstellbar angeordnet sein. Für beide Fälle jedoch kann ein ovales Kopfstützenrohr Gewichtsvorteile bringen.
Die Rohrführung in der Kopfstütze oder in der Rückenlehne kann mindestens ein federelastisches Positionierungselement aufweisen, für das Einrastpositionen an dem mindestens einem Kopfstützenrohr vorgesehen sind. Dabei kann das federelastische Positionierungselement eine federelastisch vorgespannte Kugel aufweisen, die in entsprechende Vertiefungen des Kopfstützenrohres im Bereich der Rohrführung arretierend einrastbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Prinzipskizze eines Fahrzeugsitzes einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Kopfstütze mit mindestens einem Kopfstützenrohr gemäß der Erfindung;
3 zeigt einen schematischen ovalen Querschnitt eines Kopfstützenrohres mit einer Berechnung des Flächeneinsparpotentials;
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Kopfstütze gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugsitzes 1 mit einer Kopfstütze 2 und mindestens einem Kopfstützenrohr 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dazu kann das mindestens eine Kopfstützenrohr 3 höhenverstellbar in einer Rohrführung 5 einer Rückenlehne 8 des Fahrzeugsitzes 1 angeordnet sein oder eine feststehende Rohrführung 5 in der Rückenlehne 8 aufweisen. Die Kopfstütze 2 weist eine Rohrführung 19 auf, mit der die Kopfstütze 2 feststehend oder höhenverstellbar an einem freien Kopfstützenrohrbereich 17 angeordnet ist. Dabei ergibt sich ein Problem bei Kopfstützenrohren mit kreisförmigem Querschnitt, da sich die Kopfstütze in der Kopfstützenführung 19 der Kopfstütze 2 oder in der Rohrführung 5 der Rückenlehne 8 verdrehen kann. Dieses Problem wird üblicherweise durch zwei Kopfstützenrohe pro Kopfstütze 2 gelöst, so dass ein Verdrehen nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wird jedoch von dem in 4 gezeigten kreisrunden Querschnitt 15 abgewichen und ein ovaler Querschnitt 6 vorgeschlagen, so dass für die Kopfstütze lediglich ein Kopfstützenrohr 3 vorzusehen ist, was eine deutliche Gewichtseinsparung möglich macht. Darüber hinaus kann ein ovales Kopfstützenrohr mit seiner Längsachse und seiner Querachse besser an die unterschiedlichen Belastungen in Fahrtrichtung bzw. Gegenfahrtrichtung und in Querrichtung, d. h. quer zur Fahrtrichtung angepasst werden.
2 zeigt dazu ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das mindestens eine Kopfstützenrohr 3 mit seinem ovalen Querschnitt 6 in einer Öffnung 9 der Rohrführung 5 in der Rückenlehne 8 des Fahrzeugsitzes angeordnet ist. Der ovale Querschnitt 6 weist eine höhere Bruchfestigkeit und Knickfestigkeit in Fahrtrichtung bzw. Gegenfahrtrichtung aufgrund der größeren Erstreckung in Richtung der Längsachse 10 des ovalen Querschnitts 6 auf, während die Erstreckung des Querschnitts in Querrichtung 16 der Querachse 11 auf die verminderten Belastungen quer zur Fahrtrichtung 12 angepasst ist.
3 zeigt einen schematischen ovalen Querschnitt 6 eines Kopfstützenrohres 3 mit einer Berechnung des Flächeneinsparpotentials. Dazu wird ein Kreisquerschnitt mit einem Außenradius von 7 mm und einer Wandstärke von 1,5 mm verglichen mit einem Ellipsenquerschnitt mit einem Außenradius a von 8 mm und einem Außenradius b von 5 mm, wobei eine Wandstärke von 1,3 mm ausreicht, um eine sichere Bruchfestigkeit und eine ausreichende Steifigkeit des Kopfstützrohres 3 in Fahrtrichtung x bzw. Gegenfahrtrichtung und in Querrichtung y zu gewährleisten. Mit diesen Dimensionierungen ergibt sich eine Flächenverminderung von 58,9 mm² auf 47,8 mm², wie es in der Beispiel-Tabelle gezeigt wird. Das Flächenträgheitsmoment l_y, das gemäß der Gleichung G₃ für Belastungen quer zur Fahrtrichtung berechnet werden kann, ist dabei praktisch halbiert. Das Flächenträgheitsmoment l_x, das gemäß der Gleichung G₂ für Belastungen in Gegenfahrtrichtung bzw. Fahrtrichtung berechnet werden kann, wird annähernd gleich bleiben und ist bezogen auf die Querschnittsfläche des ovalen Querschnitts 6 sogar noch verbessert.
Für diese Berechnung wird ein elliptischer Querschnitt mit einer elliptischen Innenkontur 14 und einer elliptischen Außenkontur 13 bei gleichbleibender Wandstärke t zu Grunde gelegt, wobei ein Außenradius a in der Längsachse 10 der Ellipse und ein Außenradius b in der Querachse 11 der Ellipse vorgesehen ist. Das Gewicht des Kopfstützenrohres steht in direkter Abhängigkeit zur Querschnittsfläche. Die Steifigkeit des Kopfstützrohres steht in direkter Abhängigkeit zu dem Flächenträgheitsmomemt l_x in Gleichung G₂. Der Quotient aus Flächenträgheitsmoment l_x und Querschnittsfläche liefert eine Aussage über die gewonnene Steifigkeit pro eingesetzter Masse und ist somit ein Indikator für die Leichtbaugüte des ovalen Kopfstützrohres. Das obige und in 3 gezeigte und berechnete Beispiel zeigt, dass man bei einem elliptischen Rohr als Kopfstützrohr 3 mit einer Erstreckung in der Längsachse 10 von 8 mm Außenradius a und einer Erstreckung in der Quersachse 11 von 5 mm Außenradius b bei etwa gleichbleibender Steifigkeit in Längsrichtung x durch die reduzierte Wandstärke deutlich weniger Material gegenüber einem, runden Rohr von 7 mm Radius benötigt. Bei einem im Stand der Technik vorgesehenen Rohr mit einer Masse von 125 g erhält man für die elliptische Version eine reduzierte Masse von 101,4 g. Mit der Flächenverminderung ist somit vor allem auch eine Gewichtseinsparungen für den Fahrzeugsitz verbunden.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Kopfstütze gemäß dem Stand der Technik, wie er bereits einleitend erörtert wurde, weshalb an dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.

1: Fahrzeugsitz
2: Kopfstütze
3: Kopfstützenrohr
4: Gegenfahrtrichtung
5: Rohrführung (in der Rückenlehne)
6: ovaler Querschnitt
7: Sitzfläche
8: Rückenlehne
9: Öffnung
10: Längsachse
11: Querachse
12: Fahrtrichtung
13: Außenkontur
14: Innenkontur
15: runder Querschnitt
16: Querrichtung (quer zur Fahrtrichtung
17: freier Kopfstützenrohrbereich
19: Rohrführung (in der Kopfstütze)
t: Wandstärke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10013817 A1 [0002]

Claims

Fahrzeugsitz mit Kopfstütze (2) und mindestens einem Kopfstützenrohr (3), wobei das Kopfstützenrohr (3) in seiner Sollwandstärke an eine Mindestbruchfestigkeit und eine Mindestknickfestigkeit bei Aufprallbelastung angepasst ist, die bei Frontalzusammenstoß oder bei einem Heckaufprall eines Fahrzeugs in Gegenfahrtrichtung (4) auftreten kann, und wobei das Kopfstützenrohr (3) aus einer Rohrführung (5) einer Rückenlehne (8) des Fahrzeugsitzes (1) herausragt, und wobei das mindestens eine Kopfstützenrohr (3) einen ovalen Querschnitt (6) mit einer Längsachse (10) und einer Querachse (11) aufweist, und wobei das Kopfstützenrohr (3) in der Rohrführung (5) der Rückenlehne (8) derart angeordnet ist, dass die Querschnittslängsachse (10) in Fahrtrichtung (12) und die Querschnittsquerachse (11) des Kopfstützenrohres quer zur Fahrtrichtung (12) ausgerichtet ist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtgewicht mindestens eines Kopfstützenrohres (3) mit ovalem Querschnitt (6) und einheitlicher Wandstärke (t) gegenüber einem Kopfstützenrohr (3) mit rundem Querschnitt gleicher Sollwandstärke (t) verringert ist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchfestigkeit und Knickfestigkeit des mindestens einen Kopfstützenrohres (3) mit ovalem Querschnitt (6) in Fahrtrichtung (12) beibehalten werden und in Quer richtung gegenüber einem runden Querschnitt vermindert werden.
Fahrzeugsitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ovale Querschnitt (6) eine elliptische Außen- (13) und Innenkontur (14) aufweist.
Fahrzeugsitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ovale Querschnitt (6) des mindestens einen Kopfstützenrohres (3) eine gleich bleibende Wandstärke (t) aufweist.
Fahrzeugsitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstütze (2) eine Rohrführung aufweist, in welcher der aus der Rohrführung (5) der Rückenlehne (8) herausragende Bereich des Kopfstützenrohres (3) höhenverstellbar ist.
Fahrzeugsitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kopfstützenrohr (3) mit fixierter Kopfstütze (2) in der Rohrführung (5) der Rückenlehne (8) höhenverstellbar angeordnet ist.
Fahrzeugsitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrführung in der Kopfstütze (2) oder in der Rückenlehne (8) mindestens ein federelastisches Positionierungselement aufweist, für das Einrastpositionen an dem Kopfstützenrohr (3) vorgesehen sind.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Positionierungselement eine federelastisch vorgespannte Kugel aufweist, die in entsprechende Vertiefungen des mindestens einen Kopfstützenrohres (3) im Bereich der Rohrführung (5) arretierend einrastbar ist.