Verbundkö rper und Sitzschale

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitzen und Kraftfahrzeugbauteilen, mit

einer Mittellage und

außenseitig an der Mittellage angeordneten Außenlagen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Sitzschale.

Verbundkörper der eingangs genannten Art sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden dabei als Kraftfahrzeugbauteile eingesetzt. Die WO 2010/ 003842 AI offenbart eine Fahrzeug- Tragstruktur aus einem zwischen Metallplatten angeordneten Kernmaterial aus einem schlagzähen, thermoplastischen Kunststoff.

Insbesondere werden großflächige Leichtbaukomponenten wie Karosserieteile und Sitzschale als Verbundkörper, die Faserverbund-Kunststoffe umfassen, hergestellt. Dabei bieten Verbundkörper gegenüber Bauteilen aus einem Blech, beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder Magnesium, die Vorteile, dass ein geringeres Eigengewicht erreicht werden kann. Die Herstellung eines solchen Verbundkörpers erfolgt dabei gewöhnlich durch das Aufbringen und Verkleben mehrerer, aufeinander angeordneter Materiallagen, was nachteilig zu einem großen Produktionsaufwand und hohen Herstellungskosten führt.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, zumindest abschnittsweise an besonders stark mechanisch belasteten Bereichen des Verbundkörpers Bauteile aus einem Material hoher Festigkeit, insbesondere aus Blech, anzuordnen, um eine ausreichende Formstabilität und Steifigkeit zu erreichen. Hierzu ist jedoch eine zusätzliche Herstellung dieser Bauteile mit einer zu den zu verstärkenden Bereichen des Verbundkörpers korrespondierender Form notwendig, was zum einen zu einer weiteren Steigerung der Herstellungskosten und des Produktionsaufwandes sowie zu einem erhöhten Gesamtgewicht des fertigen Verbundkörpers führt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitz und Kraftfahrzeugbauteilen bereitzustellen, der in besonders einfacher Weise kostengünstig herzustellen ist, dabei eine hohe Formstabilität und Steifigkeit aufweist, besonders gut mechanischen Belastungen widersteht und ein besonders geringes Eigengewicht hat. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Sitzschale anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verbundkörper nach Patentanspruch 1 gelöst. Hinsichtlich der Sitzschale wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Patenanspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der erfindungsgemäße Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitzen und

Kraftfahrzeugbauteilen umfasst eine Mittellage und außenseitig an der Mittellage angeordnete Außenlagen, wobei die Mittellage aus einem Kunststoffmaterial und die Außenlagen aus einem Blech gebildet sind. Die beidseitige Anordnung von Außenlagen aus Blech an einer Mittellage aus Kunststoff ermöglicht dabei eine besonders leichte Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers, beispielsweise durch Tiefziehen oder Pressen, wodurch besonders vorteilhaft die Herstellung in einem einzelnen Arbeitsschritt erfolgen kann. Weiterhin führt die beidseitige Anordnung jeweils einer Außenlage aus Blech sowohl zu einer hohen Form- Stabilität, als auch zu einer guten mechanischen Belastbarkeit, insbesondere der Oberfläche, des Verbundkörpers.

Mittels der aus Kunststoff gebildeten Mittellage ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, ein Eigengewicht der Mittellage und somit ein Gesamtgewicht des Verbundes zu reduzieren. Durch eine so genannte Sandwichbauweise, wobei die Mittellage beidseitig mit jeweils einer Außenlage beschichtet ist, kann die Formstabilität, insbesondere eine Biege- und Dehnsteifigkeit, zumindest weitestgehend beibehalten werden.

Unter einem Verbundkörper wird dabei grundsätzlich jeder dreidimensionale Körper verstanden, der im Wesentlichen aus einem Verbundmaterial gebildet ist. Bei dem

Verbundkörper handelt es sich um ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraitiahrzeugsitz, das bevorzugt im Wesentlichen einstückig gebildet ist. Dabei kann es sich sowohl um großflächige Teile der Karosserie, beispielsweise eine Heckklappenstruktur, eine Motorhaube oder ein Türmodul, als auch um im Inneren des Fahrzeugs verbaute Strukturen, beispielsweise ein Fahrzeugsitzbauteil, eine Sitzschale sowie eine Abdeckung oder Ablage handeln.

Als Außenlagen werden grundsätzlich diejenigen Materialschichten des Verbundkörpers verstanden, die die wesentlichen Teile dessen äußerer Oberfläche bilden. Dabei erstrecken sich die Außenlagen bevorzugt im Wesentlichen vollflächig über den gesamten Verbundkörper. Grundsätzlich sind die Außenlagen als Decklagen und/ oder Deckschichten zu verstehen, die aus einem Metall, insbesondere Stahl und/ oder Aluminium, und/ oder einem Faserverbundkunststoff gebildet sind, so dass die Formstabilität, insbesondere die Dehn- und/ oder Biegesteifigkeit sichergestellt werden kann. Über die Außenlagen können auf den Verbundkörper ausgebübte Belastungen, beispielsweise Erschütterungen und/ oder Vibrationen während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs, zumindest weitestgehend kompensiert werden.

Dabei kann das Blech über seine gesamte Stärke aus einem einzigen Material gebildet sein oder aber eine Schichtstruktur aufweisen. Insbesondere können eine oder beide Oberflächen einer oder jeder der beiden Außenlagen eine oder mehrere übereinander angeordnete Beschichtungen, etwa zum Korrosionsschutz oder zur Verbesserung des Verbundes mit der Mittellage aufweisen. Solch eine Mittellage ist ebenfalls als eine Kernschicht zu verstehen, die insbesondere zug- und schubfest mit den beiden Außenlagen verbunden ist, so dass eine gemeinsame Tragwirkung des Verbundes erreicht wird. Bei der Mittellage handelt es sich grundsätzlich um den durch beide Außenlagen begrenzten Bereich des Verbundkörpers. Die Verbindung der Mittellage mit den Außenlagen kann dabei zunächst in beliebiger Weise erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Verbindung durch Verpressen und/ oder Verkleben. Grundsätzlich kann die Mittellage sowohl homogen aus einem einzigen Material gebildet sein, als auch eine Schichtstruktur aufweisen. Bevorzugt ist die Mittellage aus einem Kunststoffmaterial gebildet, das besonders bevorzugt in sämtliche Raumrichtungen im Wesentlichen homogen ist. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Kunststoff handeln, der beliebige weitere Zusätze, etwa eine Faserver- Stärkung oder einen Füllmaterial enthalten kann. Denkbar sind auch Materialgemische, in denen ein Kunststoff als wesentlicher Bestandteil, beispielsweise als Bindemittel, enthalten ist. Besonders bevorzugt ist die Mittellage homogen aus einem einzigen Kunststoff gebildet.

Als Kunststoff wird dabei zunächst jedes Polymer sowie eine durch Polymerisation gebildete Substanz verstanden, wobei die Monomere sowohl natürlichen, als auch synthetischen Ursprungs sein können . Grundsätzlich ist dabei die Verwendung eines einzelnen Monomers, als auch mehrerer verschiedener Monomere denkbar, die ein beliebiges Co-Polymer bilden können. Weiterhin kann es sich sowohl um ein kettenförmiges, als auch um ein verzweigtes Polymer handeln.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Verbundkörper formstabil, insbesondere biege- und/ oder dehnsteif, ausgebildet, wobei die Mittellage beidseitig mit jeweils einer Außenlage beschichtet ist. Die gemeinsame Tragwirkung führt zu einer Verbesserung der Formstabilität, wobei Belastungen und/ oder Beanspruchungen sich weitestgehend gleichmäßig über die beiden Außenlagen und der Mittellage des Verbundes verteilen und kompensiert werden. Zudem wird mittels dieser formstabilen Anordnung eine Verbesserung einer Lebensdauer und/ oder Haltbarkeit und/ oder Stabilität der als Verbundkörper ausgebildeten Kraftfahrzeugbauteile erreicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffmaterial ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein thermoplastisches Co-Polymer, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Mittellage des Verbundkörpers ermöglicht wird und zugleich durch Erhitzung des Verbundkörpers eine verbesserte Verformbarkeit erreicht werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffmaterial ein viskoelastischer Kunststoff, wodurch zum einen eine verbesserte Verformbarkeit des Materials zur Herstellung des Verbundkörpers gegeben ist und zum anderen in besonders einfacher Weise die Materialeigenschaften des Verbundkörpers, insbesondere seine Steifigkeit sowie seine Fähigkeit Schwingungen zu absorbieren, eingestellt werden können.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine oder beide Außenlagen aus einem Stahlblech gebildet, wodurch zum einen eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglicht und zum anderen selbst bei geringen Materialstärken der Bleche der Außenlagen eine hohe Form Stabilität des Verbundkörpers erreicht wird. Grundsätzlich kann die Materialstärke des Blechs, den jeweiligen Anforderungen an den fertigen Verbundkörper angepasst, beliebig gewählt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Blech eine Materialstärke von 0 ,1- 1,5 mm, bevorzugt von 0 ,15-0 ,5 mm und besonders bevorzugt von 0 ,2-0 ,3 mm auf, wobei in vorteilhafter Weise zugleich eine hohe Formstabilität sowie ein geringes Gesamtgewicht des Verbundkörpers erreicht werden.

Auch die Mittellage des Verbundkörpers kann grundsätzlich eine beliebige Schichtdicke aufweisen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Materialstärke der Mittellage zwischen 0 ,02 und 1,5 mm, bevorzugt zwischen 0 , 1 und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0 ,2 und 0 ,5 mm.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen eine oder beide Außenlagen und/ oder die Kernschicht über ihre gesamte Fläche eine im Wesentlichen konstante Materialstärke auf, wodurch sämtliche Bereiche des Verbundkörpers näherungsweise gleiche Materialeigenschaften, insbesondere eine gleichbleibende Stabilität und Steifigkeit haben.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Materialstärke des Verbundkörpers zwischen 0 ,25 und 2 mm, bevorzugt zwischen 0 ,5 und 1,5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0 ,6 und 1 mm.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Außenlagen des Verbundkörpers voneinander abweichende Materialstärken auf, wobei der Unterschied der Materialstärken beider Außenlagen bevorzugt zwischen 10-30 % und besonders bevorzugt zwischen 15 25 % liegt. Durch eine asymmetrische Ausgestaltung des Aufbaus des Verbundkörpers kann zum einen in einfacher Weise die Herstellung des Verbundkörpers, etwa durch Tiefziehen, erleichtert werden und zum anderen die jeweilige Oberfläche des Verbundkörper an die darauf wirkenden Kräfte angepasst werden, wobei zugleich das Gesamtgewicht des Verbundkörpers in einfacher Weise gering gehalten wird.

Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis der Materialstärke der Kernschicht zu einer oder beiden, insbesondere jeder der beiden Außenlagen zwischen 2: 1 und 4: 1 und beträgt bevorzugt 3 : 1, wodurch in einfacher Weise eine besonders hohe Biegesteifigkeit des Verbundkörpers erreicht werden kann. Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis der Materialstärke der Kernschicht zu einer oder beiden, insbesondere jeder der beiden Außenlagen zwischen 1:5 und 1:50 , bevorzugt zwischen 1: 10 und 1:25, wodurch eine Optimierung der Schalldämpfungseigenschaften des Verbundkörpers erreicht wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen eines oder beide der Bleche eine außenseitig angeordnete Korrosionsschutzschicht, insbesondere eine Zinkauflage, auf, wodurch ein lang anhaltender und effektiver Korrosionsschutz des Verbundkörpers erreicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind einzelne Bereiche, insbesondere Randbereiche, des Verbundkörpers durch Falzen, insbesondere Rollfalzen umgeformt, wodurch einerseits eine erhöhte Stabilität erreicht wird und andererseits insbesondere in den Randbereichen die Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten verrin- gert ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Sitzschale eines Kraftfahrzeugsitzes aus einem solchen Verbundkörper hergestellt, wobei die Sitzschale in besonders einfacher Weise kostengünstig herzustellen ist und ebenfalls eine hohe Formstabilität und Steifigkeit aufweist und besonders gut mechanischen Belastungen widersteht und ein besonders geringes Eigengewicht hat.

Grundsätzlich können mehrere der vorgenannten, bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung durch den Fachmann im Rahmen seiner technischen Fähigkeiten und des technisch Möglichen beliebig miteinander kombiniert werden.

Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung betrifft eine einstückige Sitzschale für einen Kraftfahrzeugsitz, die als Verbundkörper aus einem Werkstoffverbund in Sandwichbauweise gebildet ist. Dabei weist der Verbundkörper eine Mittellage aus einem thermoplastischen Co-Polymer sowie beidseitig außen an der Mittellage angeordnete Außenlagen auf, die jeweils aus einem verzinkten Stahldeckblech gebildet sind.

Die Mittellage weist dabei eine Materialstärke von 0 ,4 mm auf, während beide Außenlagen jeweils eine Materialstärke von 0 ,2 mm haben. Somit ergibt sich ein symmetrischer Aufbau des Materials des Verbundkörpers orthogonal zu seiner Oberfläche, wobei der Verbundkörper über seine gesamte Fläche eine im Wesentlichen konstante Materialstärke von 0 ,8 mm aufweist. Aufgrund seines Aufbaus zeichnet sich der Verbundkörper dabei durch eine sehr hohe Biegesteifigkeit aus.

Die Mittellage ist mit jeder der beiden Außenlagen durch stoffschlüssiges Kleben verbunden. Die Anordnung einer Mittellage zwischen den beiden Außenlagen führt dabei gegenüber einem kompakten Blech zum einen zu einer wünschenswerten Gewichtsverringerung, zum anderen zu körperschalldämpfenden Eigenschaften sowie einem verbesserten elastischen Verhalten des Verbundkörpers.

Die Außenkanten des Verbundkörpers sind jeweils durch Falzen bzw. Bördeln umgeformt, so dass ein verstärkter Randbereich entsteht. Eine zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Sitz- bzw. Kissenschale für ein

Kraftfahrzeug und unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Materialaufbau orthogonal zur Oberfläche des Verbundkörpers asymmetrisch gestaltet ist. Die Mittellage besitzt dabei eine Materialstärke von 0 ,6 mm und ist homogen aus einem thermoplastischen Co-Polymer aufgebaut. Eine erste Außenlage des Verbundkörpers weist eine Materialstärke von 0 ,2 mm auf, während eine zweite, gegenüber der ersten Außenlage auf der gegenüberliegenden Seite der Mittellage angeordnete Außenlage eine Materialstärke von 0 ,25 mm besitzt.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine einstückig als Verbundkörper gebildete Motorhaube.

Dabei weist der Verbundkörper eine Mittellage aus einem permanent viskoelastischen Polymer mit einer Schichtdicke von 0 ,05 mm auf. Beidseitig auf der Mittellage ist jeweils eine Außenlage aus Stahl-Deckblechen angeordnet, die eine Materialstärke von 0 ,8 mm aufweisen. Die Anordnung einer solchen Mittellage zwischen den Deckblechen führt zu einer optimierten Körperschalldämpfung und Luftschalldämmung und somit zu einer Verbesserung der Fahrzeugakustik bei zugleich hoher Stabilität des Verbund- körpers. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen :

Fig. 1A schematisch eine perspektivische Ansicht einer als Verbundkörper ausgebildeten Sitzschale eines Kraftfahrzeugsitzes,

Fig. 1B schematisch eine Schnittdarstellung des Verbundkörpers in einer ersten Ausführungsform ,

Fig. 2A schematisch eine perspektivische Ansicht einer als Verbundkörper ausgebildeten Sitzschale eines Kraftfahrzeugsitzes,

Fig. 2B schematisch eine Schnittdarstellung des Verbundkörpers in einer zweiten Ausführungsform ,

Fig. 3A schematisch eine perspektivische Ansicht einer als Verbundkörper gebildete Motorhaube und

Fig. 3B schematisch eine Schnittdarstellung des Verbundkörpers in einer dritten Ausführungsform.

Die Figuren lA und 2A zeigen jeweils in einer perspektivischen Ansicht eine als Verbundkörper 1 ausgebildete Sitzschale 2 bzw. Kissenschale eines Kraftfahrzeugsitzes eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs.

Die Figur 1B stellt eine Schnittdarstellung des Verbundkörpers 1 in einer ersten Ausführungsform dar.

Der Verbundkörper l umfasst eine mit einer Außenlage 1.1, 1.2 innen- und außenseitig beschichtete Mittellage 1.3, wobei die Außenlage 1.1, 1.2 aus einem Metall, insbesondere einem verzinkten Stahldeckblech, und die Mittellage 1.3 aus einem Kunststoff, insbesondere thermoplastischen Co-Polymer, gebildet ist. Hierbei weist der Verbundkörper 1 eine so genannte Sandwichbauweise auf, wobei die Mittellage 1.3, insbesondere eine Kernschicht, beidseitig jeweils Stoff-, kraft- und/ oder formschlüssig, insbesondere zug- und schubfest, mit jeweils einer Außenlage 1.1, 1.2 verbunden ist.

Die Mittellage 1.3 weist dabei eine Materialstärke von 0 ,4 mm und die Außenlagen 1.1, 1.2 jeweils eine Materialstärke von 0 ,2 mm auf, wobei ein Materialaufbau des Verbundkörpers 1 orthogonal zu seiner Oberfläche symmetrisch ist. Eine Materialstärke, insbesondere eine Materialstärke von 0,8 mm, ist im Wesentlichen über eine gesamte Fläche des Verbundkörpers 1 konstant.

Nicht näher dargestellte Außenkanten des Verbundkörpers 1 sind jeweils beispielsweise durch Falzen bzw. Bördeln umgeformt, so dass ein verstärkter Randbereich entsteht.

Die Figur 2B zeigt eine Schnittdarstellung des Verbundkörpers 1 in einer zweiten Ausführungsform, wobei der Verbundkörper 1 entsprechend dem in Figur 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Materialaufbau des Verbundkörpers 1 orthogonal zu seiner Oberfläche asymmetrisch ausgebildet. Hierbei weist eine erste Außenlage 1.1 eine Materialstärke von 0 ,2 mm und eine der ersten Außenlage 1.1 gegenüberliegende zweite Außenlage 1.2 eine Materialstärke von 0,25 mm auf. Zwischen der ersten und der zweiten Außenlage 1.1, 1.2 ist die Mittellage 1.3 mit einer Materialstärke von 0 ,6 mm angeordnet.

In Figur 3A ist eine perspektivische Ansicht einer als Verbundkörper 1 ausgebildeten Motorhaube 3 gezeigt, wobei Figur 3B eine Schnittdarstellung des Verbundkörpers 1 in einer dritten Ausführungsform darstellt.

Die Mittellage 1.3 ist aus einem permanent viskoelastischen Polymer gebildet und weist eine Schichtdicke von 0 ,05 mm auf, wobei die beidseitig an der Mittellage 1.3 anliegenden Außenlagen 1.1, 1.2 aus Stahldeckblechen gebildet ist und eine Materialstärke von 0 ,8 mm aufweisen.

Eine Anordnung einer solchen Mittellage 1.3 zwischen zwei als Stahldeckblechen ausgebildete Außenlagen 1.1, 2.2 führt zu einer optimierten Körperschalldämpfungund Luftschalldämmung und somit zu einer Verbesserung einer Fahrzeugakustik. Bezugszeichenliste

1 Verbundkörper

1.1 Erste Außenlage

1.2 Zweite Außenlage

1.3 Mittellage

2 Sitzschale

3 Motorhaube