DE102006033156A1

DE102006033156A1 - Struktur eines Fahrzeugsitzes

Info

Publication number: DE102006033156A1
Application number: DE102006033156A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Kirch; Heiko Utsch
Original assignee: Keiper GmbH and Co
Current assignee: Johnson Controls Components GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-01-24
Also published as: EP2040874A2; KR20090032033A; DE202007009701U1; DE112007002193A5; WO2008009268A2; WO2008009268A3; US20100141009A1

Abstract

Bei einer Struktur (10) eines Fahrzeugsitzes (1) sind wenigstens zwei Strukturteile (12, 14) mittels Ultraschallschweißens an wenigstens einer Kontaktstelle (P) miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur eines Fahrzeugsitzes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Bekannte tragende Strukturen von Fahrzeugsitzen weisen Strukturteile auf, die aus dünnem Stahlblech gestanzt und miteinander verschweißt sind, beispielsweise mittels Laserschweißen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Struktur der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Struktur mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Strukturen von Fahrzeugsitzen sollen einerseits Werkstoffe mit einer hohen gewichtsspezifischen Steifigkeit, Festigkeit und Energieabsorption aufweisen, um die Sicherheit für den Insassen zu erhöhen, und andererseits Leichtbau-Werkstoffe verwenden, um das Gesamtgewicht zu verringern. Die Herstellung von belastungs- und gewichtsoptimierten Strukturen wird durch die Kombination verschiedener Werkstoffe erreicht, d.h. es entstehen Hybridstrukturen.
Die beiden Werkstoffe der Hybridstruktur sind miteinander zu verbinden. Als Verbindungstechniken kommen beispielsweise das Kleben, Nieten, Schrauben, Clinch-Nieten und Schweißen in Frage. Das Schweißen von zwei Metallen kann ohne Druck erfolgen (Schmelzschweißen), beispielsweise beim Metall-Aktivgas-Schweißen oder beim Laserschweißen, mit welchem bei Strukturen aus Stahl annähernd ein Kosten- und Gewichtsoptimum erreicht wird, oder es kann unter Anwendung von Druck erfolgen (Pressschweißen), beispielsweise beim Rollennahtschweißen, Buckelschweißen, Punktschweißen oder – erfindungsgemäß – Ultraschallschweißen. Beim Ultraschallschweißen werden die Teile im plastischen, aber ungeschmolzenen Zustand miteinander verbunden.
Die Vorteile von Ultraschallschweißen gegenüber anderen Schweißverfahren sind, dass keine Schweißspritzer auftreten, eine Verbindung von Aluminium/Aluminiumlegierungen und Stahl und/oder von (glas-)faserverstärkten Kunststoffen möglich ist, ein geringer Wärmeeintrag erfolgt und damit ein geringer Verzug auftritt, eine Mehrpunktschweißung möglich ist und damit geringe Prozesszeiten auftreten, keine Haltezeit für eine Aushärtung notwendig ist, verfahrensbedingt kein Schweißspalt vorhanden ist, die Prozessüberwachung einfach ist und die Geometrie der Schweißverbindung belastungsgerecht gestaltet werden kann.
Dadurch, dass wenigstens zwei der Strukturteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen und mittels Ultraschallschweißens an wenigstens einer Kontaktstelle miteinander verbunden sind, steht eine kostengünstig hergestellte Hybridstruktur von geringem Gewicht zur Verfügung, welche die notwendige Festigkeit bietet. Die Materialien können dabei Aluminium/Aluminiumlegierungen einerseits und Stahl andererseits sein. Es sind aber auch andere Materialien möglich, beispielsweise glasfaserverstärkte oder andere faserverstärkte Kunststoffe, beispielsweise in Kombination mit einem der genannten Metalle. Es können zwei oder mehr Strukturteile gleichzeitig miteinander verbunden werden. Auch die Verbindung an mehreren Kontaktstellen gleichzeitig, beispielsweise mittels mehrerer, gegebenenfalls unterschiedlicher Sonotroden einer Ultraschweiß-Vorrichtung, ist möglich.
Die Struktur ist vorzugsweise die tragende Struktur einer Lehne eines Fahrzeugsitzes, kann aber auch die tragende Struktur eines Sitzteils sein. Vorzugsweise werden Grundbleche und Holme miteinander verbunden. Es könnten beispielsweise auch Seitenteile und Quertraversen miteinander verbunden werden.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit einer Abwandlung näher erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels,
2 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes,
3 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel entlang der Linie III-III in 1,
4 einen Schnitt durch eine Abwandlung,
5 eine teilweise geschnitten und schematisierte Darstellung einer bekannten Ultraschallschweiß-Vorrichtung,
6 eine schematische Teilansicht der Ultraschallschweiß-Vorrichtung mit gekippter Sonotrode und passenden Werkstücken,
7 eine andere passende Ausbildung der Werkstücke,
8 eine schematische Teilansicht der Ultraschallschweiß-Vorrichtung mit abwechselnd angeordneten Sonotroden, und
9 eine Seitenansicht zu 8.
Ein Fahrzeugsitz 1 eines Kraftfahrzeuges weist ein Sitzteil 3, welches mit der Fahrzeugstruktur S des Kraftfahrzeuges verbunden ist, und eine relativ zum Sitzteil 3 schwenkbare Lehne 6 auf, welche beidseitig am Sitzteil 3 angelenkt ist. Für den Sitzgebrauch ist die Lehne 6 mit dem Sitzteil 3 oder der Fahrzeugstruktur S verriegelt. Im Ausführungsbeispiel ist der Fahrzeugsitz 1 eine Rücksitzanlage mit geteilter Rückenlehne, d.h. die Lehne 6 ist der 1/3-Teil oder 2/3-Teil der besagten geteilten Rückenlehne.
Die Lehne 6 weist eine tragende Struktur 10 auf, welche als Strukturteile ein Grundblech 12 und wenigstens einen Holm 14 umfasst. Das Grundblech 12 ist im wesentlichen eben. Es kann zu seiner Verstärkung Sicken aufweisen. Der Holm 14 weist ein im wesentlichen U-förmiges Profil auf. Vorliegend sind mehrere Holme 14 untereinander zu einem umlaufenden Rahmen verbunden, teilweise auch einstückig miteinander ausgebildet. Die vorhandenen Holme 14 sind auf der – beim Sitzgebrauch dem Insassen zugewandten – Vorderseite des Grundblechs 12 angeordnet und mit diesem – unter Bildung von Kastenprofilen – verbunden. Die so gebildete Struktur 10 ist auf der Vorderseite des Grundblechs 12 auch gepolstert. Die Rückseite des Grundblechs 12 ist direkt dem Laderaum zugewandt, gegebenenfalls lediglich noch lackiert oder verblendet, und kann bei vorgeschwenkter Lehne 4 den Ladeboden verlängern.
Das Grundblech 12 besteht im Ausführungsbeispiel aus Aluminium, genauer gesagt vorliegend legiertem Aluminiumblech Al Mg 4,5 Mn in einer Stärke von beispielsweise 0,7 mm oder 1,0 mm. Der Holm 14 besteht im Ausführungsbeispiel aus Stahl, genauer gesagt vorliegend Stahlblech in einer Stärke von 0,7 mm. Der Holm 14 und das Grundblech 12 sind miteinander ultraschallverschweißt, d.h. mittels Ultraschallschweißens verbunden.
Eine an sich bekannte Ultraschallschweiß-Vorrichtung 100 weist einen Amboss 101 (Grundplatte), einen relativ zum Amboss 101 feststehenden Ständer 103 und einen relativ zum Ständer 103 beweglichen, vorliegend vertikal beweglichen, Schlitten 105 auf. Der Schlitten 105 umfasst eine Führung und Aufnahme für eine Vorschubeinheit 111, welche relativ, insbesondere parallel, zum Schlitten 105 beweglich in besagter Führung und Aufnahme des Schlittens 105 gelagert ist. Die Vorschu beinheit 111 ist somit relativ zum Amboss 101 beweglich. Die Vorschubeinheit 111 wird durch einen am Schlitten 105 abgestützten Pneumatikzylinder 113 beaufschlagt, dessen Kolben 115 mittels einer Kolbenstange 116 und eines Dämpfungsglieds 117 sowie einer Kraftmessdose 119 in Serie die Vorschubeinheit 111 vorliegend auf ihrer Oberseite beaufschlagt. Eine Rückholfeder 121 spannt die Vorschubeinheit 111 in Richtung auf den Pneumatikzylinder 113 vor.
Die Vorschubeinheit 111 umschließt einen Konverter 125, welcher einer von einem Generator 127 erzeugte Hochspannung in Ultraschall umwandelt. Der Ultraschall wird durch einen Booster 129 übertragen auf eine oder mehrere Sonotroden 131 an der Spitze der Vorschubeinheit 111, d.h. vorliegend an deren Unterseite. Die Sonotroden 131 setzen auf dem einen Werkstück auf, wobei das andere Werkstück auf dem Amboss 101 aufliegt, d.h. die Werkstücke sind zwischen den Sonotroden 131 und dem Amboss 101 angeordnet. Der Pneumatikzylinder 113 baut einen statischen Druck auf, so dass die beiden Werkstücke in Kontaktenpunkten P unter Vorspannung aneinander anliegen, kontrolliert und gesteuert durch die Kraftmessdose 119.
Der über die Sonotroden 131 in das obere Werkstück eingeleitete Ultraschall erwärmt die Materialien (Stahl/Aluminium) an den unter Vorspannung stehenden Kontaktstellen P auf ca. 300°–400°C. Bei diesem physikalischen Kontakt entsteht eine atomare Wechselwirkung zwischen den Materialien, wobei Aluminiumatome in die Stahloberfläche diffundieren.
Mit einer solchen Ultraschallschweiß-Vorrichtung 100 wird der Holm 14 mit dem Grundblech 12 verschweißt. Die Schweißverbindung ist in ihrer Größe und Kontur so angeordnet, dass bezüglich ihrer Festigkeit die erforderliche Energieaufnahme der Struktur 10 sichergestellt ist. Zur Verkürzung der Prozesszeiten verschweißen mehrere Sonotroden 131 gleichzeitig mehrere, in einer Ebene gelegene Kontaktstellen P zwischen dem Holm 14 und dem Grundblech 12. Es ist in abgewandelter Ausführung auch möglich, zwei ineinander geschachtelte Holme 14 von unter schiedlichem Profil gleichzeitig mit dem Grundblech 12 zu verschweißen, also eine Dreifachschweißung vorzunehmen. Die Schweißnaht kann entsprechend der aufzunehmenden Lasten unterschiedlich dimensioniert sein, was auch durch unterschiedliche Sonotroden 131 erreicht werden kann. Die möglichen Grundformen der Schweißflächen an den Kontaktstellen P können insbesondere ringförmig, quadratisch oder kreisförmig sein.
Je nach Ausführung der Ultraschallschweiß-Vorrichtung 100 kann der Ständer 103 beim Einlegen der Werkstücke als Begrenzung für das Grundblech 12 wirken, d.h. den maximal möglichen Abstand einer Kontaktstelle P zum Rand des Grundblechs 12 definieren. Um auch Bereiche in der Mitte des Grundblechs 12 zu erreichen, kann die Sonotrode 131 gekippt werden, d.h. relativ zum Ständer 103 und zur Bewegungsrichtung des Schlittens 105. Vorzugsweise ist die gesamte Vorschubeinheit 111 relativ zur Bewegungsrichtung des Schlittens 105 gekippt. Entsprechend sind der Amboss 101 und die Werkstücke hierauf abgestimmt. Ein Bereich des Ambosses 101 ist im gleichen Winkel gekippt. Der Holm 14 weist einen entsprechend abgewinkelten Schweißflansch 14a auf, und das Grundblech 12 ist entsprechend geformt. 6 zeigt eine Teilansicht einer derart abgewandelten Ultraschallschweiß-Vorrichtung 100. Je nach Bauraumverhältnissen kann es sinnvoll sein, die Schweißflansche 14a nicht stumpfwinklig wie in 6, sondern spitzwinklig vom Holm 14 abstehen zu lassen, wie in 7 dargestellt. Auch eine alternierende Anordnung dieser beiden Konzepte entlang einer Achse senkrecht zur Zeichenebene ist möglich.
Um den Punktabstand zwischen zwei Kontaktstellen P zu verringern, ist es von Vorteil, bezüglich der Ebene durch die Kontaktstellen P die zugeordneten Sonotroden 131 abwechselnd von verschiedenen Seiten zuzuführen, beispielsweise abwechselnd von oben und von unten, wie in 8 und in Seitenansicht dazu in 9 dargestellt. Der Amboss 101 weist entsprechend abwechselnd angeordnete Bereiche auf. Einige der Sonotroden 131 und Bereiche des Amboss 101 sind dann mit der Vorschubeinheit 111 verbunden, die anderen feststehend. Eine Kombination mit den gekippten Sonotroden 131 nach 6 und/oder 7 ist auch möglich.

1: Fahrzeugsitz
3: Sitzteil
6: Lehne
10: Struktur
12: Grundblech
14: Holm
14a: Schweißflansch
100: Ultraschweißvorrichtung
101: Amboss
103: Ständer
105: Schlitten
111: Vorschubeinheit
113: Pneumatikzylinder
115: Kolben
116: Kolbenstange
117: Dämpfungsglied
119: Kraftmessdose
121: Rückholfeder
125: Konverter
127: Generator
129: Booster
131: Sonotrode
P: Kontaktstelle
S: Fahrzeugstruktur

Claims

Struktur (10) eines Fahrzeugsitzes (1), mit wenigstens zwei Strukturteilen (12, 14), die miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Strukturteile (12, 14) mittels Ultraschallschweißen an wenigstens einer Kontaktstelle (P) miteinander verbunden sind.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Strukturteile (12, 14) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Strukturteile (12) aus Aluminium/Aluminiumlegierung und wenigstens ein anderes der Strukturteile (14) aus Stahl besteht oder dass wenigstens eines der Strukturteile (12) aus einem faserverstärkten Kunststoff und wenigstens ein anderes der Strukturteile (14) aus Aluminium/Aluminiumlegierung oder Stahl besteht
Struktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strukturteil (12) aus Aluminium/Aluminiumlegierung und zwei Strukturteile (14) aus Stahl mittels einer Dreifachschweißung an einer Kontaktstelle (P) miteinander verbunden sind.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10) die tragende Struktur einer Lehne (6) eines Fahrzeugsitzes (1) ist.
Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Strukturteile (12) ein Grundblech und wenigstens ein anderes der Strukturteile (14) ein Holm ist.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturteile (12, 14) an mehreren Kontaktstellen (P) miteinander verbunden sind, welche insbesondere in einer Ebene liegen.
Fahrzeugsitz, insbesondere Kraftfahrzeugsitz, mit einer Struktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Strukturteile (12, 14) einer tragenden Struktur (10), insbesondere nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strukturteile (12, 14) an wenigstens einer Kontaktstelle (P) mittels Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden.
Ultraschallschweiß-Vorrichtung (100), mit einem Amboss (101) und einer relativ zum Amboss (101) beweglichen Vorschubeinheit (111), welcher mit einer kontrollierten Vorspannung beaufschlagbar ist und wenigstens eine Sonotrode (131) trägt, wobei die zu verschweißenden Werkstücke zwischen Amboss (101) und Sonotrode (131) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschweiß-Vorrichtung (100) wenigstens zwei Strukturteile (12, 14) einer tragenden Struktur (10) eines Fahrzeugsitzes (1), insbesondere einer Struktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, an wenigstens einer Kontaktstelle (P) mittels Ultraschallschweißen miteinander verbindet.
Ultraschallschweiß-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sonotroden (131) vorgesehen sind, um die Strukturteile (12, 14) an mehreren Kontaktstellen (P) gleichzeitig miteinander zu verbinden.
Ultraschallschweiß-Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Ebene durch wenigstens zwei Kontaktstellen (P) wenigstens zwei Sonotroden (131) abwechselnd auf verschiedenen Seiten angeordnet sind.
Ultraschallschweiß-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Sonotroden (131) und/oder die Vorschubeinheit (111) relativ zu einem Ständer (103) und/oder der Bewegungsrichtung eines relativ zum Ständer (103) beweglichen Schlittens (105) gekippt ist.