DE19716924A1 - Polsterelement mit Bereichen unterschiedlicher Elastizität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Polsterelement mit einem Kern aus elastischem Material, der zwei Bereiche seiner Oberfläche aufweist, deren elastische Eigen­ schaften sich unterscheiden, sowie ein Formwerkzeug zu seiner Herstellung.

Polsterelemente, wie sie beispielsweise für die Sitze von Kraftfahrzeugen verwendet werden, umfas­ sen einen Kern aus elastischem Material, etwa einem Schaumstoff oder Gummihaar, wobei die Oberfläche des Kerns in aller Regel von einem Bezug und gege­ benenfalls darunter befindlichen Zwischenlagen be­ deckt ist. Gelegentlich besteht der Kern auch aus mehreren Elementen, beispielsweise übereinander be­ findlichen, voluminösen Materiallagen oder Elemen­ ten zur seitlichen Abstützung eines Benutzers am Rande seiner Sitzfläche.

Häufig ist es erwünscht, daß sich die elastischen Eigenschaften des Polsterelementes, insbesondere die Eindruckhärtezahl sowie die Stauchhärte, in verschiedenen Bereichen seiner Oberfläche unter­ scheiden. So ist es bei einem Fahrzeugsitz von Vor­ teil, wenn die Sitzfläche in ihrem Zentralbereich, der sogenannten Spiegelfläche, die den Benutzer bei gewöhnlichem Gebrauch des Sitzes unterstützt, ver­ gleichsweise weich ist, um ein bequemes Sitzen zu ermöglichen. In den angrenzenden Randbereichen der Sitzfläche ist dagegen eine größere Härte er­ wünscht, die eine seitliche Abstützung des Benut­ zers, etwa bei einer Kurvenfahrt, bewirkt. Eine weiter differenzierte Abstimmung auf die Anforde­ rungen gestatten Kerne, deren Oberfläche drei und mehr Bereiche mit unterschiedlichen elastischen Ei­ genschaften aufweist.

Im Stande der Technik besteht der Kern in seinen einzelnen Bereichen aus unterschiedlichen Materia­ lien, die im Fall eines Schaumstoffkerns durch einen Mehrzonenschaum gebildet sind. Meist sind die Schaumstoffe in den einzelnen Zonen aus verschie­ denen Mischungen gleicher Edukte hergestellt, also unterschiedlichen Anteilen der Kunststoffkomponen­ ten und des Treibmittels. Im Formwerkzeug, durch dessen Ausschäumen der Kern bzw. ein Kernelement hergestellt wird, ist eine Durchmischung der Schaumstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung durch eine aufwendige Unterteilung zu vermeiden. Üblich ist dazu die Verwendung von Trennschwertern, die in das Formwerkzeug eingreifen. Von Nachteil ist weiterhin, daß für jeden Bereich des Mehrzonen­ schaums ein eigener Schaummischkopf erforderlich ist, in welchem die jeweilige Mischung aus Schaum­ stoffedukten und Treibmittel beim Einspritzen in das Formwerkzeug entsteht. Im Ergebnis sind Form­ werkzeuge zur Herstellung eines Schaumstofformteils aus einem Mehrzonenschaum somit aufwendig und teuer.

Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, ein Polsterelement mit Berei­ chen unterschiedlicher elastischer Eigenschaften zu entwickeln, das preiswert und auf einfache Weise herstellbar ist sowie ein Werkzeug zu seiner Her­ stellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der Bereiche eine Vielzahl von Vertiefun­ gen in seiner Oberfläche aufweist, die Tiefe der Vertiefungen größer als ihr Durchmesser ist und der Abstand und der Durchmesser der Vertiefungen klein gegen den Durchmesser vom Polsterelement abzustüt­ zender Körper sind.

Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, den Kern aus einem einheitlichen Material herzu­ stellen und Bereiche unterschiedlicher Elastizität durch die lokale geometrische Gestalt des Kerns zu bewirken. Zu diesem Zweck weist einer der Bereiche eine Vielzahl von Vertiefungen in seiner Oberfläche auf. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich der Kern bei Druckbelastungen leichter verformt, also weicher ist, da unter Belastungen des Kerns ver­ drängtes Material in die Vertiefungen ausweichen kann.

Abstand und Durchmesser der runden oder eckigen Vertiefungen sind klein gegen den Durchmesser der vom Polster abzustützenden Gegenstände und Körper, also im Fall eines Sitzes beispielsweise dem Durch­ messer eines menschlichen Rückens oder Arms. Als zweckmäßig haben sich Durchmesser der Vertiefungen im Bereich zwischen etwa 1 mm und 10 mm erwiesen. Der Abstand der Vertiefungen untereinander liegt vorzugsweise im Bereich weniger mm bis cm. Aufgrund der großen Zahl von Vertiefungen unter dem abge­ stützten Körper entsteht eine im Mittel gleichmä­ ßige Elastizität der Oberfläche im jeweiligen Be­ reich. Kleinräumige Variationen in der unmittelba­ ren Umgebung einer einzelnen Vertiefung sind allen­ falls von spitzen Gegenständen erfaßbar, die ohne­ hin eine Zerstörung des Polsters bewirken können. Zudem erfolgt in aller Regel eine Verteilung der Belastungen und damit ein Ausgleich kleinräumig un­ terschiedlicher elastischer Eigenschaften durch einen über dem Kern befindlichen Bezug sowie gege­ benenfalls darunterliegende Zwischenlagen.

Damit trotz des geringen Durchmessers der Vertie­ fungen eine Veränderung der elastischen Kerneigen­ schaften in einer hinreichend dicken, für den Be­ nutzer spürbaren Schicht des Kerns erfolgt, ist es erforderlich, daß die Tiefe der Vertiefungen ihren Durchmesser übersteigt. Vorzugsweise ist sie um ein vielfaches größer als der Durchmesser. Geeignete Tiefen liegen somit abhängig vom Durchmesser der Vertiefungen zwischen etwa 0,3 cm und 10 cm.

Durch Variation der Flächendichte, der Tiefe und des Durchmessers der Vertiefungen lassen sich die Eigenschaften des Polsterelementes an seiner Ober­ fläche in weiten Grenzen variieren. Die Vertiefun­ gen können sowohl regelmäßig als auch statistisch angeordnet sein. Dabei ist es möglich, daß mehrere oder sämtliche Bereiche der Oberfläche mit Vertie­ fungen versehen sind, die sich in bezug auf Ab­ stand, Durchmesser oder Tiefe unterscheiden. Im Hinblick auf Durchmesser und Abstand der Vertiefun­ gen ist es anstelle einheitlicher Werte über einen gesamten Bereich hinweg möglich, daß sich die Werte kontinuierlich verändern und somit auch die Mate­ rialeigenschaften entsprechend variieren. Auf diese Weise sind scharfe Abgrenzungen zwischen den ein­ zelnen Bereichen vermeidbar. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, daß die Tiefe der einzelnen Vertiefungen in einem Bereich sich untereinander unterscheidet. Durch Verwendung von Vertiefungen unterschiedlicher Tiefen, die regelmäßig oder sta­ tistisch angeordnet sind, ist es beispielsweise möglich, daß die Oberfläche des Kerns aufgrund ei­ ner hohen Vertiefungsdichte sehr weich ist. Dagegen nimmt die Flächendichte mit zunehmender Tiefe im Inneren des Polsters ab, so daß seine Härte nach innen rasch steigt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Polsterelementes besteht darin, daß Bereiche unterschiedlicher ela­ stischer Eigenschaften der Oberfläche bei einem Kern aus einheitlichem Material möglich sind. Auf diese Weise läßt sich die Herstellung des Kerns er­ leichtern und insbesondere das dazu notwendige Formwerkzeug wesentlich einfacher gestalten, da we­ der Vorrichtungen zum Abteilen unterschiedlicher Schaumstoffe noch mehrere Mischköpfe zu ihrem Ein­ spritzen notwendig sind. Zudem sind bei der Produk­ tion Fehler aufgrund einer ungewollten Durchmi­ schung der Schaumstoffe ausgeschlossen. Grundsätz­ lich ist es jedoch denkbar, auch den Kern des er­ findungsgemäßen Polsterelementes als Mehrzonen­ schaum aus unterschiedlichen Materialien herzustel­ len, um die Variationsmöglichkeiten für die Mate­ rialeigenschaften zu erweitern.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, weisen die Vertiefungen eine zylindrische oder ko­ nische Gestalt auf, wobei die Zylinder- bzw. Ko­ nusachse bevorzugt senkrecht der Kernoberfläche ausgerichtet ist. In der Folge besteht die Möglich­ keit einer einfachen Herstellung der Vertiefung durch einen stiftförmigen Verdrängungskörper auf der inneren Oberfläche des Formwerkzeuges. Die zy­ lindrische oder konische Gestalt vermeidet Probleme bei der Entformung, insbesondere ein Hinterhaken des Verdrängungskörpers mit dem Kern. Ebenso er­ leichtert auch die senkrechte Ausrichtung der Ver­ tiefungsachse zur Oberfläche die Entformung.

Bevorzugt besteht der Kern aus einem Schaumstoff, wobei sich insbesondere Polyurethan als Werkstoff bewährt hat.

Im Fall eines Kerns aus Schaumstoff ist es von Vor­ teil, wenn der Abstand der Vertiefungen groß gegen den mittleren Porendurchmesser des Schaumstoffes ist. Damit wird vermieden, daß sich zwischen den Vertiefungen nur eine geringe Anzahl von Kunst­ stoffbrücken befindet und der Zusammenhalt des Schaumstoffes somit beeinträchtigt ist. Ein hinrei­ chender vertiefungsabstand verbessert folglich die Stabilität des Kernmaterials und erleichtert seine Entformung aus einem Formwerkzeug mit Verdrängungs­ körpern zur Herstellung der Vertiefungen wesent­ lich.

Ein vorteilhaftes Formwerkzeug zur Herstellung des Kerns umfaßt, wie im Stande der Technik bekannt, ein abschließbares, ausschäumbares Volumen, in das die Edukte des Schaumstoffs und gegebenenfalls ein Treibmittel einbringbar ist. Ebenso ist es denkbar, eine Armierung oder einen Rahmen vor dem Ausschäu­ men in das Formwerkzeug einzulegen, welches das fertigte Formteil verstärkt. Auf zumindest einer inneren Oberfläche seines Volumens weist das Form­ werkzeug eine Vielzahl von Verdrängungskörpern auf, die eine zylindrische oder sich mit zunehmendem Ab­ stand von der Oberfläche verjüngende, z. B. kegel- oder pyramidenförmige Gestalt besitzen. Geeignet ist insbesondere die Gestalt eines Stiftes oder Na­ gels, also eines zylindrischen oder geringfügig ko­ nischen Körpers mit einer Spitze, die dem Inneren des auszuschäumenden Volumens zugewandt ist. Die Längsachsen der Verdrängungskörper sind vorzugs­ weise parallel zueinander und senkrecht zur Ober­ fläche des Volumens ausgerichtet. Durchmesser und Länge der Verdrängungskörper entsprechen denen der herzustellenden Vertiefungen in der Oberfläche des Kerns. Die Flächendichten oder Abmessungen der Ver­ drängungskörper unterscheiden sich in zumindest zwei Bereichen auf der inneren Oberfläche des Werk­ zeuges. In der Mehrzahl der Fälle ist es zweckmä­ ßig, daß Verdrängungskörper lediglich in einem Be­ reich der Oberfläche vorhanden sind, während ein anderer Bereich frei von Verdrängungskörpern ist. Folglich entsteht ein Polsterelement, das lediglich in einem Bereich seiner Oberfläche Vertiefungen aufweist. Begrenzungen der möglichen geometrischen Parameter der Vertiefungen ergeben sich, weil die Entformung des ausgehärteten Kerns mit zunehmender Flächendichte und Länge der Verdrängungskörper schwieriger wird und die Gefahr besteht, daß der Kern beim Entformen zerreißt und in Teilen zwischen den Verdrängungskörpern hängen bleibt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert sind. Sie zeigt in prinzipienhafter Darstellung

Fig. 1 Ansicht des Kerns eines erfindungsgemäßen Polsterelementes,

Fig. 2 Ansicht eines Bereiches der inneren Ober­ fläche eines Formwerkzeuges zu seiner Her­ stellung.

Der in Fig. 1 wiedergegebene Kern (1) eines Pol­ sterelementes weist an seiner Oberfläche zwei un­ terschiedliche Bereiche (2, 3) auf, von denen der Bereich (3) mit einer Vielzahl von Vertiefungen (4) in geringen Abstand voneinander versehen ist. Die Vertiefungen (4) erleichtern die Deformation des Kerns (1) und bewirken somit, daß der Bereich (3), der beispielsweise den Zentralbereich der Sitzflä­ che eines Fahrzeugsitzes bildet, wesentlich weicher als der angrenzende Bereich (2) ist. Auf diese Weise entstehen unterschiedliche elastische Eigen­ schaften an der Oberfläche des Kerns (1), der vor­ zugsweise mit einem Bezugstoff versehen wird.

Fig. 2 zeigt ein Element (5) eines Formwerkzeuges, das zur Herstellung des Kerns (1) dient. Seine Oberfläche (6), welche einen Abschnitt der inneren Oberfläche (6) des ausschäumbaren Volumens des Formwerkzeuges bildet, ist mit einer Vielzahl stiftförmiger Verdrängungskörper (7) versehen, die den in das Formwerkzeug eingebrachten Schaumstoff verdrängen und somit während seines Aushärtens die Vertiefungen (4) im Kern (1) erzeugen. Entsprechend der Anordnung der herzustellenden Vertiefungen (4) weist auch die Oberfläche (6) des Elementes (5) einen Bereich (8) auf, in dem die Verdrängungskör­ per (7) angeordnet sind, während der angrenzende Bereich (9) frei von Verdrängungskörpern (7) ist. Um die Entformung des Kerns (1) nach dem Aushärten zu erleichtern, sind die Längsachsen sämtlicher Verdrängungskörper (7) zweckmäßig parallel zueinan­ der ausgerichtet.

Im Ergebnis entsteht auf diese Weise der Kern eines Polsterelementes mit bereichsweise unterschiedli­ chen elastischen Eigenschaften sowie ein Werkzeug zu seiner Herstellung, wobei die Fertigung wesent­ lich vereinfacht wird.

Claims (6)

1. Polsterelement mit einem Kern aus elastischem Material, der zwei Bereiche seiner Oberfläche auf­ weist, deren elastische Eigenschaften sich unter­ scheiden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - einer der Bereiche (3) eine Vielzahl von Vertie­ fungen (4) in seiner Oberfläche aufweist,
• - die Tiefe der Vertiefungen (4) größer als ihr Durchmesser ist
• - und der Abstand und der Durchmesser der Vertie­ fungen (4) klein gegen den Durchmesser vom Polster­ element abzustützender Körper sind.

2. Polsterelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bereiche (2, 3) des Kerns (1) aus dem gleichen Werkstoff bestehen.

3. Polsterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (4) eine zy­ lindrische oder konische Gestalt mit senkrecht zur Oberfläche des Kerns (1) ausgerichteter Achse auf­ weisen.

4. Polsterelement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus Schaumstoff besteht.

5. Polsterelement nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der Vertiefungen (4) groß gegen den mittleren Porendurchmesser des Schaum­ stoffes ist.

6. Formwerkzeug zur Herstellung des Kerns eines Polsterelementes, insbesondere nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, mit einem ausschäumbaren Vo­ lumen, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug auf der inneren Oberfläche (6) des Volumens eine Vielzahl von Verdrängungskörpern (7) aufweist, de­ ren Gestalt zylindrisch ist oder sich mit zunehmen­ dem Abstand von der Oberfläche (6) verjüngt, und die Flächendichte oder Abmessungen der Verdrän­ gungskörper (7) in zumindest zwei Bereichen (8, 9) der Oberfläche (6) unterschiedlich ist.