用泡沫加強的彎管和方法
2023-06-15 11:54:26
用泡沫加強的彎管和方法
【專利摘要】提供一種適於在車輛座椅框架中使用的由泡沫加強且彎曲的管以及一種形成這種管的方法。管具有沿其長度延伸的空腔以及至少一個開放端。泡沫可藉助於例如包括注射的任何所需過程而嵌入空腔中。藉助於加熱管狀元件的一部分並在加熱區域處將其彎曲來形成彎曲部。將泡沫材料嵌入管狀元件空腔中可在加熱和彎曲過程之前、之後或與其同時進行。泡沫材料可在空腔的長度上具有可變的類型和/或可變的密度。
【專利說明】用泡沬加強的彎管和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本PCT專利申請要求享有於2011年7月19日提交的題為「用泡沫加強的彎管和方法」的序列號為61/509，313的美國臨時申請的權益，該申請的全部公開內容被認為是本申請公開內容的一部分,並通過引用併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及適於車輛座椅的框架。更具體地，本發明涉及一種包括由泡沫材料加強的至少一個細長管狀元件的框架。
【背景技術】
[0004]在機動車輛發生碰撞的情況下，不管是在兩車之間還是在車輛和靜止物體之間發生碰撞的情況下，位於車輛駕駛室中的駕駛員和乘客座椅會經受非常高的負載，並且必須設計成在這些負載下抵抗變形，以便保護就座於其中的任何乘員。同時，成本效益和質量減少(這會導致對於車輛而言的更好的性能和燃料經濟性)也是主要的目標，只要座椅的強度不會受到損害。
[0005]典型的車輛座椅包括靠背框架和下部椅座框架，其中每一框架可包括一個或多個管狀元件。一些座椅製造商製備由堅固材料製成的管狀元件，其具有足夠的厚度以經受住車輛事故。其它座椅製造商製備更脆弱和/或更薄材料的管狀元件，但其中設置有加強材料，以提供增加的強度以便承受車輛碰撞。
【發明內容】
[0006]根據本發明的一個方面，提供一種包括至少一個細長管狀元件的車輛座椅框架組件，細長管狀元件具有空腔並且以至少一個彎曲部在遠端之間延伸。泡沫材料設置於空腔中並且在細長管狀元件長度的至少一部分上完全填充空腔的橫截面區域。泡沫材料具有沿著空腔長度一部分的可變類型和可變密度的至少一個，以加強管狀元件。由於管狀元件可由更薄和/或更脆弱的材料形成，因此這提供了成本節約，但仍具有足夠的強度，從而抵抗由車輛碰撞導致的力所導致的變形。
[0007]根據本發明的另一個方面，提供一種形成車輛座椅的方法。所述方法包括製備具有空腔並且在相反端之間沿長度方向延伸的至少一個細長管狀元件的步驟。所述方法還包括將泡沫材料嵌入管狀元件的空腔的至少一部分中。該泡沫材料可通過任何合適的過程(例如包括作為可擴展插件或作為樹脂的過程)嵌入空腔中。所述方法執行加熱和彎曲管狀元件至少一部分的步驟。加熱和彎曲管狀元件可在將泡沫材料嵌入空腔中之前、之後、或與其同時進行。
[0008]根據本發明的又一個方面，提供形成車輛座椅的另一種方法。所述方法包括製備具有空腔且在相反端之間沿長度方向延伸的至少一個細長管狀元件的步驟，其中相反端的至少一個是開放的，並且在空腔中在相反端之間設置有至少一個隔離件。所述方法執行將具有徑向向外延伸凸緣的注射裝置通過開放端插入空腔中、插入到凸緣與隔離件間隔開位置的步驟。所述方法執行將泡沫材料注射到空腔中注射到隔離件和注射裝置凸緣之間的步驟。所述方法執行將注射裝置從空腔移除的步驟。所述方法還包括加熱和彎曲管狀元件的步驟。將泡沫材料注射到空腔中可在加熱和彎曲步驟之前、之後、或與其同時進行。該過程對於給管狀元件提供加強而言是特別有效和具有成本效率的過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]本發明的其它優點將會很容易認識到，因為其藉助於參照下面詳細描述並且在結合附圖考慮時可以被更好地理解，其中:
[0010]圖1是示例性彎曲且由泡沫加強的管狀元件的透視圖；
[0011]圖2是沿著圖1中的線2-2截取的示例性管狀元件的剖視圖；
[0012]圖3是形成由泡沫加強且彎曲的管狀元件的第一示例性方法的流程圖；
[0013]圖4是形成由泡沫加強且彎曲的管狀元件的第二示例性方法的流程圖；
[0014]圖5是形成由泡沫加強且彎曲的管狀元件的第三示例性方法的流程圖；
[0015]圖6是示例性管狀元件的剖視圖，其中注射裝置定位於其中以便將樹脂注射到管狀元件的空腔中；
[0016]圖7是形成由泡沫加強且彎曲的管狀元件的第四示例性方法的流程圖；
[0017]圖8是經受線感應熱應變(LITS)過程的示例性管狀元件的透視圖；
[0018]圖9是示出圖8所示管狀元件示例性材料在進行LITS過程之後的各個位置處的微觀結構的放大視圖；
[0019]圖1Oa是利用LITS過程彎曲的示例性管狀元件的剖視圖；以及
[0020]圖1Ob是示出在沿著彎曲部的各個位置處所取的圖1Oa所示管狀元件測試結果的表格。
【具體實施方式】
[0021]參照附圖，其中在多個視圖中的相同附圖標記表示相應部分，圖1中總體上示出適於與車輛座椅的靠背框架或下部椅座框架一起使用以及根據本發明一個方面構建的不例性細長管狀元件20。示例性管狀元件20在橫截面上看具有大體上圓形形狀。然而，應當認識到的是，管狀元件20可由任何所需的橫截面形狀形成。管狀元件20優選由鋼或招製成；然而，其可替代性地由任何合適的金屬或非金屬材料製成。
[0022]現在參照圖2，管狀元件20具有開放端22和在各開放端22之間延伸的開放空腔24。泡沫材料26選擇性地設置於空腔24中並且在管狀元件20的預定部分上完全填充空腔24的橫截面區域。泡沫材料26給管狀元件20的那些預定部分提供加強，以便獲得附加的強度，從而抵抗會由在車輛碰撞過程中產生的力所導致的變形。這允許管狀元件20以減小的壁厚形成和/或由更輕、更脆弱、和/或更便宜的材料製成，而不影響其抵抗會由在車輛碰撞過程中產生的力所導致的變形或故障的能力。根據為了抵抗車輛碰撞過程中變形需要最少量強度的區域來選擇管狀元件20的壁厚和材料以及用泡沫材料26加強需要更大強度的其它區域可能是有利的。因此，管狀元件20的成本和/或重量可以減小而不影響其性倉泛。[0023]更進一步地，藉助於沿著空腔24的長度改變泡沫材料26的類型和/或密度可實現附加的成本節約。例如，泡沫材料26可在為了抵抗車輛碰撞過程中所產生負載需要更多加強的管狀元件20的部分中具有更大或更小的密度，其中泡沫材料26在管狀元件20需要更少加強的部分中具有更大或更小的密度。應當指出的是，根據所使用泡沫材料26的類型,增加的密度可能不能增加由泡沫材料26對管狀元件20的加強。泡沫材料26優選是聚氨酯泡沫材料26。然而，可替代性地使用任何其它合適類型的泡沫材料26。
[0024]示例性管狀元件20沿長度方向延伸通過一對彎曲部。這些彎曲部可在將泡沫材料26嵌入空腔24中之前、期間或之後在管狀元件20中形成。圖3-5是示出形成如圖1和圖2中所示彎曲和加強管狀元件20的三種不同的示例性方法的流程圖。
[0025]現在參照圖3的流程圖以及圖1和圖2的結構，形成彎曲且加強的管狀元件20的第一示例性過程包括製備具有空腔24和預定長度的管狀元件20的步驟100。製備步驟100例如可以是輥壓成型或切割管狀元件20。示例性方法接下來執行將泡沫材料26嵌入細長管狀元件20空腔24至少一部分中以加強管狀元件20該部分的步驟102。泡沫材料26可通過任何合適的過程嵌入空腔24中。例如，泡沫材料26可藉助於注射裝置428(如圖6中所示並在下面進一步詳細論述的注射裝置)注射到空腔24中，或者其可作為插件(未示出)插入並允許膨脹以便填充空腔24的橫截面區域。空腔24的整個長度可以但不是必須填充有泡沫材料26，以及泡沫材料26的類型和密度可在管狀元件20的不同部分中進行改變。泡沫材料26的類型可耐非常高的溫度，以便允許管狀元件20例如在泡沫材料26中沒有任何退化的情況下被焊接到車輛座椅的靠背框架或下部椅座框架的其它部分上。
[0026]圖3的示例性方法接下來執行選擇性地加熱管狀元件20的步驟104以及在加熱部分處彎曲管狀元件20以使管狀元件20符合其最終形狀的步驟106。管狀元件20的選擇性區域優選用雷射束加熱。然而，可替代性地使用任何所需的加熱過程。加熱管狀元件20允許其可彎曲成更小的彎曲半徑，並降低彎曲部的內應力。與此相反，在管狀元件20在彎曲之前未被加熱的情況下，如果彎曲過於急劇則其可能捲曲或以其它方式變形。如果泡沫材料26定位在管狀元件20的待被彎曲的部分中，則將管狀元件20加熱到其不會使得設置於其中的泡沫材料26降解的溫度。例如，如果泡沫材料26在高至一百華氏度(100° F)的溫度下是彈性的話，則包含泡沫材料26的管狀元件20部分在彎曲前不被加熱到高於該溫度。一旦彎曲並冷卻，示例性方法就執行利用該管狀元件20作為車輛座椅靠背框架或下部椅座框架的至少一部分的步驟108。所述示例性的方法會是有利的，其原因在於其允許在管狀元件20彎曲之前將泡沫材料26嵌入空腔24中。與在管狀元件20彎曲之後嵌入泡沫材料26相比，上述方法會提供效率上的優點。
[0027]現在參照圖4，示出形成加強和彎曲管狀元件20的另一示例性方法的流程圖。類似於上述方法，本示例性方法包括製備具有空腔24和預定長度的管狀元件20的步驟200。所述示例性方法接下來執行加熱管狀元件20的步驟202以及在加熱部分處彎曲管狀元件20以使管狀元件20符合其最終形狀的步驟204。管狀元件20優選用雷射束加熱；但是，可替代性地使用任何合適的加熱過程。在彎曲步驟204完成之後，所述方法執行將泡沫材料26嵌入管狀元件20的空腔24的至少一部分中的步驟206。空腔24的整個長度可以但不必須填充有泡沫材料26，以及泡沫材料26的類型和密度可在空腔24的不同部分中進行改變。此外，泡沫材料26可通過任何合適的過程嵌入空腔24中。所述示例性的方法接下來執行將管狀元件20用作車輛座椅靠背框架或下部椅座框架的至少一部分的步驟208。在彎曲過程完成後只將泡沫材料26嵌入空腔24中可能是有利的，其原因在於根據所用泡沫材料26的一種或多種類型，管狀元件20可以在彎曲過程之前被加熱到更高的溫度。
[0028]現在參照圖5，示出形成加強和彎曲管狀元件20的另一示例性方法。類似於上述的實施例，該實施例以製備具有空腔24和預定長度的管狀元件20的步驟300開始。所述方法接下來執行通常同時發生的將泡沫材料26嵌入空腔24的至少一部分中的步驟302、選擇性地加熱管狀元件20的步驟304以及彎曲管狀元件20以使其符合其最終形狀的步驟306。至於其它實施例，空腔24的整個長度可以但不必須填充有泡沫材料26，以及泡沫材料26的類型和密度可在空腔24的不同部分中進行改變。此外，泡沫材料26可通過任何合適的過程嵌入空腔24中，以及可通過任何合適的過程加熱和彎曲管狀元件20。在泡沫材料嵌入、加熱和彎曲過程完成之後，所述方法接下來執行將管狀元件20用作車輛座椅靠背框架或下部椅座框架至少一部分的步驟308。
[0029]現在參照圖6，示出示例性注射裝置428，其設置於示例性管狀元件420的空腔424中以便將泡沫材料426注射到空腔424中。如圖所示，注射裝置428具有大體上與管狀元件420的橫截面相匹配的徑向向外延伸的凸緣430。
[0030]圖7的流程圖中示出了形成彎曲和加強管狀元件420的另一種示例性方法。同時參照該流程圖和圖6，所述方法包括製備至少一種細長管狀元件420的步驟500，細長管狀元件420具有空腔424，並在相反端之間沿長度方向延伸，其中相反端中的至少一個是開放的，以及至少一個隔離件432在空腔424中設置於相反端之間。所述方法接下來執行將注射裝置428通過開放端插入管狀元件420的空腔424中、插入到凸緣430與隔離件432間隔開的位置的步驟502。所述方法執行將泡沫材料426注射到細長管狀元件420的空腔424中、注射到隔離件432和注射裝置428的凸緣430之間的步驟504。泡沫材料426優選地作為樹脂注射到隔離件432和注射裝置428的凸緣430之間的間隙中，然後其膨脹以填充隔離件432和注射裝置428的凸緣430之間的間隙。泡沫材料426可選擇成具有預定的密度。所述方法接下來執行將注射裝置428從空腔424移除的步驟506。在注射裝置428已被移除之後，膨脹的泡沫材料426將保持在其位於細長管狀元件420的空腔424中的位置處。
[0031]所述示例性方法還包括將第二隔離件432以與先前注射到空腔424中的泡沫材料426間隔開的方式注射到空腔424中的步驟508。所述方法接下來執行將具有徑向向外延伸的凸緣430的注射裝置428重新插入空腔424中、插入到與第二隔離件432間隔開的位置的步驟510。所述方法接下來執行將泡沫材料注射到空腔424中、注射到第二隔離件432和注射裝置428的凸緣430之間的步驟510。注射到空腔424該部分中的泡沫材料可與在空腔424其它部分中的泡沫材料426相同或不同。此外，泡沫材料的密度可以與注射到空腔424其它部分中的泡沫材料426的密度相同或不同。在將泡沫材料注射到第二隔離件432和凸緣430之間的間隙中之後，所述方法接下來執行將注射裝置428從細長管狀元件420的空腔424移除的步驟。
[0032]所述示例性方法還包括加熱細長管狀元件420至少一部分的步驟514以及在加熱部分處彎曲細長管狀元件420的步驟516。加熱步驟514和彎曲步驟516可在上述注射步驟510之前、之後或與其同時進行。此外，加熱步驟514和彎曲步驟516可為線感應熱應變(LITS)過程，從而對細長管狀元件420預定部分的精確加熱和冷卻導致在無需施加外力的情況下彎曲細長管狀元件420。
[0033]現在參照圖8，示出示例性細長管狀元件620經受LITS的過程，其中雷射頭634用作加熱源，並且噴水式推進器636將水噴射到管狀元件620上。然而，應當理解的是，可替代性地使用其它熱源和冷卻劑。如可以看到的那樣，來自雷射頭634的雷射束僅僅加熱細長管狀元件620的一側。雷射頭634的主動冷卻下遊導致細長管狀元件620中的內應力，所述內應力繼而使得細長管狀元件620彎曲。如圖9b和9c中所示，細長管狀元件620的材料微觀結構在LITS成形過程之後在材料的不同位置處不同，其原因在於，僅有細長管狀元件620的一部分經過加熱和隨後的冷卻過程。如果需要的話，細長管狀元件620可在LITS形成過程處理完成之後進行熱處理，以便使得材料的微觀結構在細長管狀元件620上更均勻。
[0034]圖1Oa是示例性細長管狀元件720的剖視圖，其利用上述LITS形成過程進行彎曲。管狀元件720被分成多個段，其按順序編號為I至12。圖1Ob是示出內壁和外壁在管狀元件720的段1-8和12處的厚度和硬度的各種測量結果的表格。如可以看出的那樣，管狀元件720在彎曲部(段4-8)中間部分中的內壁厚度大於彎曲部的開始和結束部分(段1-3和12)。進一步地，圖1Ob的圖表示出管狀元件720在彎曲部(段2-8)長度上的硬度大於管狀元件720直線段(段I和12)處的硬度。在圖1Ob中還示出管狀元件720的外壁厚度和硬度在統計學上沿著彎曲部保持恆定。
[0035]LITS形成過程會是有利的，其原因在於，可以保持彎曲部的圓度而不留下工具痕跡。進一步地，通過LITS過程形成的管狀元件具有改善的液壓成形性能，其原因在於，不需要預應變過程並且管狀元件的外壁沒有減薄。
[0036]當採用LITS過程來彎曲管狀元件時，可在LITS過程中加熱管狀元件之前將泡沫前體嵌入空腔中的特定位置處。該LITS過程然後可激活前體，使其膨脹成加強的泡沫材料。這也是泡沫材料如何可被嵌入管狀元件內的另一實例。
[0037]已經根據相關的法律標準描述了前述發明，因此本說明書在本質上是示例性的而非限制性的。對於本領域的那些技術人員而言對所公開實施例進行變化和修改是顯然的且落入本發明的範圍內。
【權利要求】
1.一種車輛座椅框架組件，其包括: 具有空腔的至少一個細長管狀元件，以及其中所述至少一個細長管狀元件在各遠端之間延伸並且在所述各遠端之間具有至少一個彎曲部； 泡沫材料，其設置於所述細長管狀元件的所述空腔中並且在所述細長管狀元件的長度的至少一部分上完全填充所述空腔的橫截面區域，以及其中所述泡沫材料具有沿著所述空腔的長度的所述部分的可變類型和可變密度中的至少一個。
2.根據權利要求1所述的車輛座椅框架組件，其特徵在於，所述泡沫材料設置成短於所述空腔的整個長度。
3.根據權利要求2所述的車輛座椅框架組件，其特徵在於，所述泡沫材料設置於所述空腔的至少兩個位置處，以及具有所述泡沫材料的所述至少兩個位置由所述空腔中不具有所述泡沫材料的部分彼此間隔開。
4.一種形成車輛座椅框架的方法，其包括下述步驟: 製備具有空腔且在相反端之間沿長度方向延伸的至少一個細長管狀元件； 將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔的至少一部分中； 加熱細長管狀元件的至少一部分；以及 在加熱位置處彎曲細長管狀元件的細長部分。
5.根據權利要求4所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，加熱和彎曲細長管狀元件的至少一部分的所述步驟進一步限定為藉助於線感應熱應變形成過程來加熱和彎曲管狀元件，其中對細長管狀元件預定部分的精確加熱和冷卻導致細長管狀元件彎曲。`
6.根據權利要求4所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔的至少一部分中的所述步驟在加熱和彎曲細長管狀元件至少一部分的所述步驟之前進行。
7.根據權利要求4所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔的至少一部分中的所述步驟在加熱和彎曲細長管狀元件至少一部分的所述步驟之後進行。
8.根據權利要求4所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，所述方法還包括在將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔中的步驟之後焊接細長管狀元件的步驟。
9.根據權利要求4所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，將泡沫材料嵌入空腔中的所述步驟還限定為藉助於具有徑向向外延伸凸緣的注射裝置將泡沫材料注射到空腔中，並且之後還包括下述步驟: 將注射裝置從空腔移除； 以與先前注射到空腔中的泡沫材料間隔開的方式將隔離件插入空腔中； 將具有徑向向外延伸凸緣的注射裝置重新插入空腔中、插入到與隔離件間隔開的位置； 藉助於注射裝置將泡沫材料注射到空腔中、注射到所述第二隔離件與注射裝置凸緣之間；以及 將注射裝置從細長管狀元件的空腔移除。
10.根據權利要求9所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，注射到空腔不同位置處的泡沫材料為彼此不同的材料。
11.根據權利要求9所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，注射到空腔不同位置處的泡沫材料具有彼此不同的密度。
12.—種形成車輛座椅框架的方法，所述方法包括下述步驟: 製備具有空腔且在相反端之間沿長度方向延伸的至少一個細長管狀元件，其中相反端中的至少一個是開放的，並且至少一個隔離件設置在所述相反端之間的所述空腔中； 將具有徑向向外延伸凸緣的注射裝置通過所述至少一個開放端插入至少一個細長管狀元件的空腔中、插入到凸緣與隔離件間隔開的位置； 將泡沫材料注射到細長管狀元件的空腔中、注射到隔離件和注射裝置凸緣之間； 將注射裝置從細長管狀元件的空腔移除； 加熱細長管狀元件的至少一部分；以及 在加熱部分處彎曲細長管狀元件。
13.根據權利要求12所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔中的所述步驟在加熱和彎曲細長管狀元件的所述步驟之前進行。
14.根據權利要求12所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔中的所述步驟與加熱和彎曲細長管狀元件的步驟中的至少一個同時進行。
15.根據權利要求12所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，將泡沫材料嵌入細長管狀元件空腔中的所述 步驟在加熱和彎曲細長管狀元件的所述步驟之後進行。
16.根據權利要求12所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，在將注射裝置從空腔移除的步驟之後還包括下述步驟: 以與先前注射到空腔中的泡沫材料間隔開的方式將隔離件插入空腔中； 將具有徑向向外延伸凸緣的注射裝置重新插入空腔中、插入到與隔離件間隔開的位置； 藉助於注射裝置將泡沫材料注射到空腔中、注射到第二隔離件與注射裝置凸緣之間；以及 將注射裝置從細長管狀元件的空腔移除。
17.根據權利要求16所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，注射到空腔不同位置處的泡沫材料為彼此不同的材料。
18.根據權利要求16所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，注射到空腔不同位置處的泡沫材料具有彼此不同的密度。
19.根據權利要求12所述的形成車輛座椅框架的方法，其特徵在於，加熱和彎曲細長管狀元件至少一部分的所述步驟進一步限定為藉助於線感應熱應變形成過程來加熱和彎曲管狀元件，其中對細長管狀元件預定部分的精確加熱和冷卻導致細長管狀元件彎曲。
【文檔編號】B29C44/18GK103796812SQ201280044463
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年7月19日 優先權日:2011年7月19日
【發明者】D·J·塞基寧, M·J·託馬斯 申請人:詹森控制技術公司