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Die
Erfindung betrifft ein Schließzylinderbauteil für
ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zylindergehäuse
bzw. eine Zylinderführung für einen Schließzylinder
eines Kraftfahrzeugs. Das Zylindergehäuse weist eine in
Längsrichtung des Zylindergehäuses angeordnete Öffnung
auf, in welche ein Zylinderkern mit wenigstens einer im Zylinderkern
beweglich angeordneten Zuhaltung drehbar aufnehmbar ist. In dem
Zylindergehäuse ist wenigstens eine Zuhaltungsaufnahme
ausgebildet, in welche die bewegliche Zuhaltung wenigstens teilweise
eintauchen kann, um den Zylinderkern gegen das Zylindergehäuse
drehfest festzuhalten.
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Schließzylinder
für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise ein Zylindergehäuse
und einen Zylinderkern auf. Ein solcher Schließzylinder
ist beispielsweise aus der
DE
103 13 125 A1 bekannt. Der Zylinderkern ist drehbar in
dem Zylindergehäuse gelagert. In dem Zylinderkern sind
Zuhaltungen verschiebbar und federbelastet aufgenommen, welche je
nach Einwirkung eines eingeschobenen Schlüssels unterschiedlich
tief in das Zylindergehäuse eintauchen können.
Taucht eine der Zuhaltungen in das Zylindergehäuse ein,
wird eine Drehung des Zylinderkerns gegenüber dem Zylindergehäuse
verhindert. Nur wenn ein passender eingeschobener Schlüssel
die Zuhaltungen außer Eingriff mit dem Zylindergehäuse bringt,
diese also gänzlich im Zylinderkern verschwinden, ist die
Drehung des Zylinderkerns gegenüber dem Zylindergehäuse
möglich und eine Entriegelung des Schlosses erfolgt. Wird
hingegen kein Schlüssel eingeschoben oder wird der falsche
Schlüssel eingeschoben, befinden sich die Zuhaltungen in
Eingriff mit dem Zylindergehäuse und sperren eine Drehung,
da sie teilweise in dem Zylinderkern und teilweise in das feststehende
Zylindergehäuse eintauchen. Dazu sind in dem Zylindergehäuse
entsprechende Ausnehmungen ausgebildet, in welche die Zuhaltungen eintauchen
bzw. eingreifen können.
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Gemäß dem
Stand der Technik werden Zylindergehäuse aus Metall gefertigt,
also beispielsweise im Zink-Druckgussverfahren hergestellt. Dabei kommen
oft Zink-Legierungen (Zamac) zum Einsatz, welche die erforderlichen
mechanischen Eigenschaften aufweisen, um einer Belastung standzuhalten, welche
durch eine Drehung des gesperrten Zylinderkerns gegen das Zylindergehäuse
ausgeübt wird.
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Die
Herstellung derartiger Zylindergehäuse ist kostenaufwändig
und rohstoffintensiv.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Schließzylinderanordnung
zu ermöglichen, insbesondere ein verbessertes Zylindergehäuse
bereitzustellen, welches Sicherheitsanforderungen genügt und
vorteilhaft in der Herstellung und Verwendung ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Zylindergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 oder 2 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zylindergehäuses
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Gemäß der
Erfindung wird das Zylindergehäuse aus einem hochfesten
Kunststoff gebildet. Im Gegensatz zu der Herstellung aus einer Metalllegierung
bietet die Herstellung des Zylindergehäuses aus einem hochfesten
Kunststoff mehrere Vorteile.
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Der
Kunststoff ermöglicht eine Fertigung des Zylindergehäuses
mit geringerem Gewicht und führt daher zu Einsparungen
bei Transport der Bauteile sowie beim Kraftstoffverbrauch des fertigen
Kraftfahrzeugs. Außerdem sind die Rohstoffe für
das Zylindergehäuse aus einem hochfesten Kunststoff günstiger
und schonen die natürlichen Ressourcen. Die Fertigung aus
Kunststoff ermöglicht weiterhin gänzlich neuartige
Funktionalitäten, wie im Weiteren ausgeführt wird.
Kunststoff ist außerdem korrosionsbeständig und
der Prozess der Fertigung von Kunststoffbauteilen ist mit geringer
Fehleranfälligkeit behaftet als bei Metallbauteilen. Schließlich
ist es bei entsprechender Ausbildung des Zylindergehäuses und
des Zylinderkerns möglich, auf eine Schmierung zwischen
den Bauteilen zu verzichten, was wiederum Rohstoffe und Arbeitsschritte
spart.
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Als
Kunststoff soll wird in diesem Zusammenhang jeder Werkstoff verstanden,
dessen wesentlicher Grundbestandteil synthetisch hergestellt ist.
Insbesondere auch Verbundwerkstoffe sollen als Kunststoff verstanden
werden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist das Zylindergehäuse aus einem
Kunststoff gebildet, welcher eine Zugfestigkeit von wenigstens 200
MPa aufweist.
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Die
herkömmlich für die Herstellung von Zylindergehäusen
verwendeten Aluminiumlegierungen weisen regelmäßig
eine Zugfestigkeit von etwa 240 bis 400 MPa auf. Inzwischen verfügbare
thermoplastische Konstruktionswerkstoffe bieten annährend ähnliche
Materialeigenschaften. Beispielsweise bieten Kunststoffe, die unter
dem Markennamen Grivory (Markenname technischer Thermoplaste, hergestellt von
EMS-Grivoy) bekannt sind Zugfestigkeiten von etwa 250 MPa und halten
diese Eigenschaften auch nach längerer Lagerung. Es hat
sich außerdem herausgestellt, dass die gegenüber
Metalllegierungen ggf. geringere Festigkeit dennoch ausreicht, um
die Anforderungen an die Sicherheit eines Zylinderschlosses zu gewährleisten.
Die von einem Schloss aufzunehmenden Drehmomente (z. B. 50 Nm) sind auch
von einem Zylindergehäuse aufzunehmen, welches aus einem
hochfesten Kunststoff gebildet ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist das Zylindergehäuse aus
einem Kunststoff gebildet und in dem Kunststoff ist eine Verstärkungseinlage
von Kunststoff umschlossen eingebettet. Die Verstärkung
ist benachbart zu der Zuhaltungsaufnahme ausgebildet und weist gegenüber
dem Material des Kunststoffs des Zylindergehäuses eine
erhöhte Festigkeit auf. Die Verstärkungseinlage
ist so in dem Material des Zylindergehäuses eingebettet
und platziert, dass sie an eine Anlagefläche für
die Zuhaltungen angrenzt, auf welche die Zuhaltungen bei einer Drehung
des gesperrten Zylinderkerns einwirken.
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Die
Verstärkungseinlage erhöht in einem Bereich die
mechanische Belastbarkeit des Zylindergehäuses, der bei
einer Belastung des Schließzylinders durch eine unberechtigte
Betätigung besonders beansprucht wird. Tauchen die Zuhaltungen
in die Aufnahmen im Zylindergehäuse ein und sperren daher den
Schließzylinder gegen eine Drehung und Entsperrung des
zugehörigen Schlosses, so gelangen die Zuhaltungen bei
einer gewaltsamen Drehung in Anlage an die Anlageflächen
der Zuhaltungsaufnahme und üben eine Kraft auf diese aus.
Die Verstärkungseinlage ist erfindungsgemäss in
diesem Bereich in das Material eingebettet und darin umschlossen,
nimmt einen Teil der Kraft von den Zuhaltungen auf und verteilt
die Kraft über die gesamte Erstreckung der Verstärkungseinlage.
Insbesondere wird verhindert, dass die Zuhaltungen, die regelmäßig
mit einer schmalen Seiten auf das Zylindergehäuse einwirken,
in das Kunststoffmaterial einschneiden. Die Verstärkungseinlage
nimmt nämlich die punktuell oder konzentriert einwirkende
Kraft auf und verteilt den hohen Druck auf die Erstreckung der Verstärkung,
wodurch der Druck auf den Kunststoff verringert wird. Die gemäß dem
zweiten Aspekt der Erfindung eingebettete Verstärkungseinlage
ist vollständig von dem Material des Zylindergehäuses
umschlossen. Die Verstärkungseinlage kann unmittelbar unter
der Oberfläche der Anlagefläche platziert sein oder
in geringem Abstand zu der Oberfläche im Inneren des Zylindergehäusekörpers.
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Wird
das Zylindergehäuse auf diese Weise mit einer solchen Verstärkungseinlage
ausgebildet, so kann für das Kunststoffmaterial des Zylindergehäuses
eine geringere Festigkeit des Materials gewählt werden,
als dies im ersten Aspekt der Erfindung erforderlich war.
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Üblicherweise
ist es erforderlich, dass sicherheitsrelevante Türschlösser
von Kraftfahrzeugen ein Drehmoment von etwa 50 Nm aufnehmen können,
ohne dass eine Zerstörung des Schließzylinders erfolgt.
Beide Aspekte der Erfindung, sowohl die Ausbildung des Zylindergehäuses
aus einem hochfesten Kunststoff gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung als auch die Ausbildung aus einem Kunststoff
mit einer eingebetteten Verstärkungseinlage, gewährleisten
diese Belastbarkeit im sicherheitsrelevanten Bereich.
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Vorzugsweise
ist der Kunststoff, aus welchem das Zylindergehäuse gebildet
ist, ein faserverstärkter oder kugelverstärkter
Werkstoff.
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Faserverstärkte
Werkstoffe oder auch sogenannte Verbundmaterialien weisen besondere
Werkstoffeigenschaften auf. Die oben bereits erwähnte Kunststoffreihe
mit der Markenbezeichnung Grivory ist beispielsweise als Konstruktionswerkstoff
mit 30 Gew.%, 40 Gew.%, 50 Gew.% oder 60 Gew.% Glasfaseranteil erhältlich
und zu verarbeiten. Derartige Werkstoffe weisen Eigenschaften auf,
die ihre Verwendung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zylindergehäuses
besonders vorteilhaft machen. Insbesondere sind sie ausreichend
hart und zugfest, um den Belastungen Stand zu halten, die bei einem
gewaltsamen Zugriff auf einen Schließzylinder und insbesondere
das Zylindergehäuse einwirken. Die Zugfestigkeit derartiger
Materialien ist regelmäßig gemäß ISO
527 im Bereich von 230 bis 270 MPa, wobei die Härte
solcher Materialien nach ISO 868 im Bereich von
D 94 liegt (Shore-D Härte).
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Trotz
dieser Eigenschaften sind diese Materialien mit Spritzgießtechniken
zu verarbeiten, wobei dies deutlich einfacher möglich ist,
als bei der herstellung herkömmliher Zylindergehäuse
mit Alu-Druckgussverfahren. Vorzugsweise ist die Verstärkungseinlage
aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet.
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Während
das Zylindergehäuse aus einem Kunststoff mit geringer elektrischer
Leitfähigkeit gebildet ist, kann die Verstärkungseinlage
aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein.
Dies eröffnet neue Möglichkeiten einer Funktionalität
des Schließzylinders bzw. des Zylindergehäuses
insbesondere. Ein derartiges leitfähiges Material als Verstärkungseinlage
kann beispielsweise als Sensor verwendet werden, um gewaltsame Zugriffsversuche zu
detektieren. Dazu ist gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung die Verstärkungseinlage kontaktierbar, um ein
elektrisches Signal anzulegen oder abzufragen, wobei eine Einrichtung
zur Auswertung des Signals vorgesehen ist.
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Solange
die elektrisch leitfähige Einlage vom nicht-leitfähigen
Kunststoffmaterial des Zylindergehäuses umschlossen ist,
kann ein Spannungssignal beispielsweise an die leitfähige
Einlage angelegt werden. Erfolgt ein gewaltsamer Zugriff, so wird
die elektrisch leitfähige Einlage entweder von den ebenfalls
metallischen Zuhaltungen kontaktiert oder kann von diesen beschädigt
oder durchtrennt werden. Dies ist durch die Auswertung eines elektrischen
Signals oder eine Überwachung der elektrischen Signale
an der leitfähigen Einlage in dem Zylindergehäuse
detektierbar. Eine gewaltsame Betätigung des Türschlosses
kann so erfasst werden und der Zugriff auf die weiteren Fahrzeugfunktionen
unterbunden werden. Diese Funktionalität ist nur dank der
erfindungsgemässen Gestaltung des Schliesszylinders möglich,
da als Material für das Zylindergehäuse ein nicht-leitfähiges
Kunststoffmaterial Verwendung findet. Damit zeigt sich, dass die
Kombination des mechanisch hochstabilen Kunststoffes mit der metallischen
Einlage gänzlich neue Funktionalitäten für
die Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuges bietet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere
Verstärkungseinlagen in das Zylindergehäuse eingebettet.
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Sind
mehrere Verstärkungseinlagen im Material des Zylindergehäuses
eingeschlossen, können diese an verschiedenen Positionen
angeordnet sein und aus verschiedenen Materialien gebildet sein.
Regelmäßig weisen Zylinderkerne an zwei in radialer Richtung
diametralen Orten Einschuböffnungen für die Zuhaltungen
aus. Die Zuhaltungen können also zu zwei gegenüberliegenden
Seiten aus dem Zylinderkern austreten und in zugehörige
Ausnehmungen im Zylindergehäuse eintauchen. Vorzugsweise
weist jede dieser Aufnahmeöffnungen für die Zuhaltungen wenigstens
eine Verstärkungseinlage auf, die in Aufbruchsrichtung
an der Aufnahme für die Zuhaltungen angeordnet ist. Diese
Verstärkungseinlagen können alle aus identischen
Materialien und in identischer Ausführung gebildet sein
oder unterschiedlich ausgebildet sein, zum Beispiel kann eine der
Verstärkungseinlagen gleichzeitig die oben bereits erwähnte
Sensorfunktion übernehmen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Zylindergehäuses für einen Schließzylinder
eines Kraftfahrzeuges offenbart. Gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird zur Herstellung des Zylindergehäuses ein
Metalldraht durch die Kavität eines Werkzeuges einer Spritzgießmaschine
gespannt, wobei der Metalldraht in axialer Richtung des zu bildenden Schließzylinders
gespannt wird. Ein Kunststoff wird in das Werkzeug eingespritzt
und der Metalldraht wird dabei umschlossen und so in das Innere
des Materials des Schließzylinders eingebettet. Das ausgehärtete
Werkstück mit dem eingebetteten Metalldraht wird ausgeworfen.
Die Spannung des Metalldrahtes durch die Kavität des Werkzeugs
vor dem Einspritzen des Kunststoffs stellt eine vollständige
Erstreckung des Metalldrahts durch das Werkstück sicher.
Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Effekt
des Zylindergehäuses erzielt werden und es ist sichergestellt,
dass die Verstärkungseinlage aus dem Metalldraht an beiden
Seiten zugreifbar freiliegt.
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Vorzugsweise
wird der Metalldraht von einem Drahtvorrat abgewickelt und durch
die Kavität des Werkzeuges gespannt. Vor oder nach dem Spritzgießvorgang
wird der Metalldraht dann beidseitig des Werkstückes abgelängt.
Falls eine Verwendung des Metalldrahtes als Sensor geplant ist,
kann beim oder nach dem Ablängen auch eine Kontaktierung
des Metalldrahts erfolgen oder der Metalldraht wird in einem vorgegebenen
Abstand vom Zylindergehäuse abgelängt, um Kontakte
für eine Clip-Verbindung oder Lötverbindung stehen
zu lassen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Schnittansicht durch einen Schließzylinder
mit einem Zylindergehäuse gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt
den in 1 dargestellten Schließzylinder in Entriegelungsstellung
und mit eingeschobenem Schlüssel.
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In 1 ist
ein Querschnitt durch einen Schließzylinder 1 gezeigt.
Das Schließzylindergehäuse 2 umgibt den
Schließzylinderkern 3. Der Zylinderkern 3 ist
drehbar in dem Gehäuse 2 aufgenommen. In dem Zylinderkern 3 ist
eine radial durchgehende Ausnehmung 4 ausgebildet, in der
eine Zuhaltung 5 verschiebbar aufgenommen ist. Die Zuhaltung 5 kann
sich quer zu der Längsachse des Zylinderkerns 3 verschieben
und ist durch eine Feder 6 gegen einen Anschlag im Zylinderkern
vorgespannt.
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In
dem Zylindergehäuse 2 sind diametral gegenüberliegende
Ausnehmungen 8 und 9 angeordnet. Bei der in 1 gezeigten
Ausrichtung des Zylindergehäuses 2 und des Zylinderkerns 3 zueinander
gehen die Ausnehmungen 4 in dem Zylinderkern 3 und
die Ausnehmungen 8, 9 in dem Zylindergehäuse 2 ineinander über,
da die jeweiligen Begrenzungen fluchten. In dieser Stellung kann
die Zuhaltung 5, gedrängt durch die Vorspannung
der Feder 6 durch die Ausnehmung 4 mit einem Endabschnitt
in die Ausnehmung 9 hineingleiten. Die Zuhaltung 5 steht damit
sowohl mit der Ausnehmung 9 als auch mit der Ausnehmung 4 in
Eingriff und verriegelt den Zylinderkern 3 gegen eine Verdrehung
in dem Zylindergehäuse 2.
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In
axialer Richtung (in 1 aus der Blattebene heraus
oder in die Blattebene hinein) sind mehrere derartiger Zuhaltungen 5 in
zugehörigen Ausnehmungen hintereinander angeordnet.
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In
der Zuhaltung 5 ist eine Einschuböffnung 11 ausgebildet,
in die ein Schlüsselbart eingeschoben werden kann. Ein
eingeschobener Schlüsselbart tritt auf diese Weise durch
die hintereinander angeordneten Zuhaltungen hindurch und verschiebt
diese. Zum Verschieben und bereitstellen der Schließ- oder
Entriegelfunktionalität weist die Zuhaltung 5 an der
Einschuböffnung 11 einen Vorsprung 12 auf,
der mit einer seitlichen Nut des Schlüsselschaftes in Eingriff
gelangen kann. Durch die Ausbildung der Nut im Schlüsselschaft
eines einzuschiebenden Schlüssels wird die Zuhaltung 5 entgegen
der Vorspannung 6 verschoben werden und kann bei passender
Schlüssel-Schließzylinderkombination außer
Eingriff mit der Öffnung 8 oder 9 gebracht
werden. Wird der Zylinderkern hingegen nicht ordnungsgemäß entriegelt
und in der in 1 dargestellten Stellung gewaltsam
in die Entsperrrichtung (im Uhrzeigersinn) bewegt, z. B. durch einen
kriminellen Zugreifenden, der mit einem Instrument den Zylinderkern
gewaltsam gegen das Zylindergehäuse verdreht, so drückt
die Zuhaltung 5 mit der Anlagekante 13 gegen die
Wandung der Aufnahme 9. Unmittelbar im Bereich der Ausnehmung 9 im
Material des Zylindergehäuses 2 ist eine Verstärkung 14 vom
Material des Zylindergehäuses 2 umschlossen. Das
Zylindergehäuse 2 ist aus einem Kunststoff gebildet,
in welches die Einlageverstärkung 14 sich in axialer
Richtung erstreckt. Die Verstärkungseinlage 14 ist
aus Draht gebildet und beim Herstellungsvorgang in das Innere des
Materials des Zylindergehäuses 2 eingespritzt.
Die Verstärkungseinlage 14 nimmt eine beim gewaltsamen
Zugriff einwirkende Kraft bzw. den Druck der Zuhaltung 5 auf, der
ansonsten ggf. zu einem Beschädigen oder Einschneiden in
das Kunststoffmaterial des Zylindergehäuses 2 führen
würde. Über die Einlage 14 wird der Druck
jedoch in axialer Richtung des Zylindergehäuses 2 verteilt
und ein Einschneiden der Zuhaltungen 5 in das Material
des Zylindergehäuses 2 verhindert.
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Das
Material des Zylindergehäuses 2 wird daher bei
der gezeigten Ausführungsform im beschädigungskritischen
und sicherheitsrelevanten Bereich der Anlagekante 13 verstärkt.
Dadurch wird die Verwendung von solchen Kunststoffen für
sicherheitsrelevante Schließzylinder möglich,
die eigentlich nicht die Spezifikationen für derartige
Belastungen erfüllen. Die Verstärkung erhöht
jedoch die Stabilität und Belastbarkeit gerade im kritischen
Bereich und der Schließzylinder erfüllt die geforderten
Spezifikationen für sicherheitsrelevante Anwendungen. Die
Verstärkung ermöglicht mit minimalem Materialaufwand und
minimalem Gewichtszuwachs eine Optimierung der Belastbarkeit des
Zylindergehäuses.
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2 zeigt
den Schließzylinder aus 1 in einer
entriegelten Stellung, wobei ein Schlüssel 15 in den
Zylinderkern 3 eingeschoben ist und in die Schlüsselöffnung 11 der
Zuhaltung 5 durchgeschoben wurde. Die seitliche Nut 16 des
Schlüssels 15 wechselwirkt mit dem Vorsprung 12 der
Zuhaltung 5 und verschiebt die Zuhaltung vertikal. In der
dargestellten Stellung befindet sich die Zuhaltung außerhalb
des Eingriffs mit der Ausnehmung 9 im Zylindergehäuse.
In dieser Stellung ist entsprechend der Zylinderkern 3 gegen
das Zylindergehäuse 2 drehbar und somit eine Schließfunktion
ausübbar. Das Zylindergehäuse 2 ist bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoff
gebildet, der ein Abgleiten des Zylinderkerns 3 im Inneren
des Zylindergehäuses 2 ohne zusätzliche
Schmierstoffe ermöglicht. Entsprechend entfällt
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Erfordernis
einer Fettung des Schließzylinders.
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Im
Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich weitere Abwandlungen
möglich. Beispielsweise kann in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine
zusätzliche Verstärkung nahe der Ausnehmung 8 angeordnet
werden. Ferner kann die Verstärkung in anderer Geometrie
ausgebildet sein, z. B. mit rechteckigem Querschnitt oder in mehreren übereinander angeordneten
oder nebeneinander angeordneten Segmenten. Wesentlich ist, dass
gemäß der Erfindung die Vorteile des Kunststoffwerkstoffs
ausgenutzt werden, wobei gleichzeitig die damit verbundenen Materialnachteile
aufgehoben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ISO 527 [0017]
- - ISO 868 [0017]