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Die Erfindung betrifft einen Kugelsensor für einen Gurtaufroller und einen Gurtaufroller mit einem Kugelsensor.
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Ein Gurtaufroller dient dazu, einem Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs einen Sicherheitsgurt bereitzustellen. Im Normalzustand kann der Sicherheitsgurt entgegen der Wirkung einer Aufwickelfeder frei abgezogen werden. Wenn der Fahrzeuginsasse den Sicherheitsgurt ablegt, wird er wieder auf einer Gurtspule im Gurtaufroller aufgewickelt.
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Im Bedarfsfall, beispielsweise bei starken Verzögerungen, wird die Gurtspule blockiert, so dass der Sicherheitsgurt nicht mehr oder nur gegen die Wirkung eines Kraftbegrenzers begrenzt abgezogen werden kann. Der Fahrzeuginsasse nimmt dadurch über den Sicherheitsgurt an Verzögerungen des Fahrzeugs teil.
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Um die Gurtspule zu blockieren, wird der Kugelsensor verwendet. Im Falle einer starken Verzögerung des Fahrzeugs bewegt sich der Trägheitskörper in Form einer Kugel, vorzugsweise einer massiven Stahlkugel, und führt zum Schwenken des Steuerhebels. Hierdurch kann beispielsweise eine Kupplungsklinke in die Kupplungsverzahnung eines Blockiermechanismus eingesteuert werden, der schließlich die Gurtspule blockiert und ein Abziehen von Gurtband verhindert. Der Kugelsensor kann jedoch auch bei einer bestimmten Schräglage des Fahrzeugs auslösen, beispielsweise um den Sicherheitsgurt bei einem Überschlag des Fahrzeugs zu sichern.
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Um die Sperrwerte gemäß modernen Sicherheitsanforderungen einzuhalten, müssen heutige Kugelsensoren besonders leichtgängig gelagert sein, damit sie sensibel auslösen können. Diese Art der Lagerung hat jedoch den Nachteil, dass bereits geringe Erschütterungen zu einem Klappern des Kugelsensors führen können.
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Um diese störenden Geräusche zu unterdrücken, ist bekannt, die beweglichen Teile in Kugelsensoren mittels Dämpfungselementen zu dämpfen. Ein solcher Kugelsensor ist beispielsweise in der
US 5,443,224 gezeigt. Die Dämpfungselemente bei dieser Art von Kugelsensor dämpfen jedoch nicht nur Geräusche, sondern reduzieren aufgrund der erhöhten Reibung auch das Ansprechverhalten des Kugelsensors, wodurch dieser Sperrwerte aufweist, die modernen Anforderungen nicht genügen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kugelsensor für einen Gurtaufroller bereitzustellen, der sowohl eine verbesserte Geräuschunterdrückung als auch exzellente Sperrwerte aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Kugelsensor für einen Gurtaufroller, mit einer Sensorkugel, einem Steuerhebel und einer Basis mit einer Basiskalotte vorgesehen, wobei die Basiskalotte und der Steuerhebel eine Aufnahme für die Sensorkugel bilden und die dynamische Masse der Basis zwischen 30% und 200% der Sensorkugelmasse beträgt. Im Sinne der Erfindung wird unter der „dynamischen Masse“ die Masse verstanden, die bei einem Stoß effektiv zum Impulsübertrag beiträgt. Für den Kugelsensor, bei dem die Sensorkugel mit der Basis stößt, bedeutet das, dass die dynamische Masse der Basis sich im Wesentlichen auf einen Bereich beschränkt, der sich in Stoßrichtung unterhalb der Sensorkugel befindet und in den die Stoßwelle gerichtet hineinläuft. Weitere Masse, die zwar mit der Basis verbunden ist, aber beim Stoß nicht von der Sensorkugel „gesehen“ wird, d.h. Masse, die nicht effektiv an der Wechselwirkung der beiden Stoßpartner beteiligt ist, beispielsweise die Masse des Steuerhebels, fällt im Sinne der Erfindung nicht unter die dynamische Masse der Basis. Der Vorteil einer dynamischen Masse der Basis in der Größenordnung der Sensorkugelmasse ist, dass bei einem Stoß der Sensorkugel mit der Basis ein Großteil des Impulses der Sensorkugel auf die Basis übertragen wird, wodurch die Sensorkugel weniger stark von der Basis abprallt und damit das Geräusche verursachende Springen der Sensorkugel unterdrückt wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Kugelsensor der Impuls der Sensorkugel direkt von der Basis aufgenommen wird, sind ferner keine weiteren Elemente zur Dämpfung der Sensorkugel erforderlich, die das sensible Ansprechverhalten der Sensorkugel beeinträchtigen könnten. Hierdurch weist der Kugelsensor exzellente Sperrwerte auf.
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Vorzugsweise beträgt die dynamische Masse der Basis zwischen 80% und 200% der Sensorkugelmasse. Auf diese Weise wird bei einem Stoß der Sensorkugel mit der Basis im Idealfall der gesamte Impuls der Sensorkugel auf die Basis übertragen, wodurch ein Abprallen der Sensorkugel und die mit dem Springen der Sensorkugel verbundenen, störenden Geräusche im Wesentlichen verhindert sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Basis eine Dicke auf, die größer als 33% des Radius der Sensorkugel ist. Im Sinne der Erfindung bezieht sich die Dicke auf den Abschnitt der Basis, an dem die Sensorkugel anliegt und der im Wesentlichen die dynamische Masse der Basis bildet. Indem die Basis als ein massiver Block ausgestaltet ist, können Stoßwellen gut in die Basis hineinlaufen, wodurch ein hoher Impulsübertrag und damit eine effektive Dämpfung der Sensorkugel gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die longitudinale Schallgeschwindigkeit in der Basis zwischen 2300 m/s und 6500 m/s, damit die Stoßwellen effektiv in die Basis eindringen können.
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Die Basis kann aus einem Kunststoff, insbesondere POM, sowie mindestens einem Gewicht aus Metall, insbesondere aus Messing oder Stahl, gebildet sein. Mittels des Kunststoffs lassen sich auch komplexe Geometrien auf einfache Weise herstellen, während die Gewichte aus Metall, die vorzugsweise in den Kunststoff eingegossen sind, der Basis die erforderliche Masse verleihen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Basis auf der zur Basiskalotte entgegengesetzten Seite ein Kugelgewicht, insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, auf, dessen Masse der Sensorkugelmasse entspricht. Hierdurch kann in einfacher Weise die erforderliche dynamische Masse durch eine der Sensorkugel entsprechenden Spiegelmasse bereitgestellt werden. Durch diese Gestaltung können die Herstellkosten gering gehalten werden.
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Die Basiskalotte weist bevorzugt eine elastische Lagerschicht auf, insbesondere mit einer Schichtdicke von mindestens 250 µm, um die Stöße der Sensorkugel zusätzlich zu dämpfen.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Gurtaufroller mit einem erfindungsgemäßen Kugelsensor und einem Gurtaufrollergehäuse vorgesehen.
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Es ist von Vorteil, wenn das Gurtaufrollergehäuse und der Kugelsensor keine im Wesentlichen ungedämpften Eigenfrequenzen zwischen 5 bis 150 Hz aufweisen, damit sie nicht durch diese in Fahrzeugen üblichen Frequenzen derart angeregt werden, dass störende Geräusche entstehen.
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Der Kugelsensor ist vorzugsweise über eine elastische Zwischenschicht, insbesondere mit einer Schichtdicke zwischen 250 µm und 3 mm, am Gurtaufrollergehäuse gelagert. Auf diese Weise werden Schwingungen des Kugelsensors nur gedämpft an das Gurtaufrollergehäuse übertragen und damit die Entstehung störender Geräusche am Gurtaufrollergehäuse unterdrückt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller mit einem erfindungsgemäßen Kugelsensor,
- - 2 in einer perspektivischen Ansicht den Kugelsensor aus 1, und
- - 3 in einer Explosionsdarstellung die Basis des Kugelsensors aus 1.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller 1 mit einem erfindungsgemäßen Kugelsensor 10 gezeigt.
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Der Gurtaufroller 1 hat ein Gurtaufrollergehäuse 3 und ein darin angeordnetes Getriebe 5.
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Der Kugelsensor 10 ist am Gurtaufrollergehäuse 3 befestigt, wobei zwischen dem Gurtaufrollergehäuse 3 und dem Kugelsensor 10 eine elastische Zwischenschicht 7 angeordnet ist.
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Die Zwischenschicht 7 hat viskoelastische Eigenschaften und eine Schichtdicke d von 2 mm. Durch die Zwischenschicht 7 werden Schwingungen gedämpft, womit der Kugelsensor 10 vom Gurtaufrollergehäuse 3 schwingungsmäßig entkoppelt ist.
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Das Gurtaufrollergehäuse 3, die Zwischenschicht 7 und der Kugelsensor 10, haben keine ungedämpften Eigenfrequenzen im Bereich 5 bis 150 Hz.
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Der Kugelsensor 10 umfasst eine Basis 12 mit einer Basiskalotte 14, einen Steuerhebel 16 mit einer Hebelkalotte 18 sowie eine Sensorkugel 20 (siehe 2).
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Die Basiskalotte 14 und die Hebelkalotte 18 sind gegenüberliegend angeordnet und bilden eine Aufnahme 22, in der die Sensorkugel 20 beweglich gelagert ist.
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Die Basis 12 hat ein erstes Ende 24 und ein entgegengesetztes zweites Ende 26, zwischen denen ein Blockabschnitt 28 angeordnet ist, in dem die Basiskalotte 14 ausgebildet ist.
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An ihrem ersten und zweiten Ende 24, 26 weist die Basis 12 jeweils eine Bohrung 30 auf, die parallel zur Rotationsachse R verlaufen und die zur Befestigung der Basis 12 am Gurtaufrollergehäuse 3 vorgesehen sind.
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An ihrem zweiten Ende 26 hat die Basis 12 ferner einen Lagerabschnitt 32, an dem der Steuerhebel 16 mittels eines Gelenkabschnitts 34 um die Rotationsachse R schwenkbar befestigt ist.
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Der Steuerhebel 16 weist einen Steuerabschnitt 36 auf, der entgegengesetzt zum Gelenkabschnitt 34 angeordnet ist und beim Auslösen des Kugelsensors 10 eine Steuerfunktion, beispielsweise das Blockieren des Getriebes 5 des Gurtaufrollers 1, bewirken kann.
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Die Hebelkalotte 18 ist zwischen dem Gelenkabschnitt 34 und dem Steuerabschnitt 36 angeordnet.
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Die Basiskalotte 14 weist eine elastische Lagerschicht 38 mit dämpfenden Eigenschaften und einer Schichtdicke von 300 µm auf.
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Die Lagerschicht 38 ist als ein separates, kreisförmiges Bauteil ausgebildet (siehe 3) und ist in einer Vertiefung 40 in der Basis 12 formschlüssig aufgenommen. Die der Basis 12 abgewandten und der Sensorkugel 20 zugewandten Oberseite 42 der Lagerschicht 38 bildet dabei zumindest abschnittsweise die Basiskalotte 14.
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Die elastische Lagerschicht 38 weist an ihrem Rand 44 einen Vorsprung 46 und die Basis 12 eine entsprechende Ausnehmung 48 auf, in die der Vorsprung 46 formschlüssig eingreifen kann. Hierdurch kann eine korrekte Anordnung sowie Ausrichtung der Lagerschicht 38 bei der Montage sichergestellt werden.
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Die elastische Lagerschicht 38 kann mit der Basis 12 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt sein. Alternativ kann die Lagerschicht 38 mittels einer Clipverbindung (nicht dargestellt) an der Basis 12 befestigt sein.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die elastische Lagerschicht 38 eine Beschichtung, die auf die Basiskalotte 14 zumindest abschnittsweise aufgebracht ist.
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Die Sensorkugel 20 ist eine massive Stahlkugel mit einem Radius r.
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Der Steuerhebel 16 ist einstückig aus einem einzigen Kunststoff gebildet, wobei der Kunststoff über den gesamten Steuerhebel die gleiche Struktur und insbesondere dieselbe Dichte aufweist. Der Kunststoff, aus dem der Steuerhebel 16 gebildet ist, weist ferner einen geringen Reibwert auf, sodass die Sensorkugel 20 an der Oberfläche des Steuerhebels 16 entlang gleiten kann. Der Reibwert der Gleitreibung zwischen dem Steuerhebel 16 aus Kunststoff und der Sensorkugel 20 aus Stahl beträgt 0,1.
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Die Basis 12 ist einstückig ausgebildet und besteht aus Messing. Die longitudinale Schallgeschwindigkeit in Messing beträgt 4700 m/s.
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Alternativ kann die Basis 12 aus einem Metall, beispielsweise Stahl, oder einem Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten und/oder schweren Kunststoff, vorzugsweise POM gebildet sein. Ferner kann die Basis 12 Gewichte, insbesondere aus Metall umfassen, die in die Basis 12 eingegossen oder an ihr befestigt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Spiegelmasse für die Sensorkugel 20 in Form eines Kugelgewichts aus Stahl vorgesehen, das auf der zur Basiskalotte 14 entgegengesetzten Seite an der Basis 12 befestigt ist und dieselbe Masse wie die Sensorkugel 20 hat.
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Die dynamische Masse der Basis 12 beträgt 120% der Masse der Sensorkugel 20.
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Der Blockabschnitt 28 ist massiv ausgebildet, weist eine hohe Steifigkeit auf und hat eine Dicke D, die der Hälfte des Radius r entspricht.
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Die elastische Lagerschicht 38 besteht aus einem Material, das seine Eigenschaften durch Temperaturschwankungen, Staub und Verschleiß nicht maßgeblich ändert, um stabile Sperrwerte über die gesamte Lebensdauer des Kugelsensors 10 zu gewährleisten.
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Im eingebauten Zustand ist der Kugelsensor 10 fest mit dem Gurtaufrollergehäuse 3 verbunden. Die Sensorkugel 20 liegt lose auf der Basiskalotte 14 und der Steuerhebel 16 auf der Sensorkugel 20 auf.
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Die Einbaulage des Kugelsensors 10 im Schwerefeld G der Erde ist derart, dass die Basis 12 zwischen dem Steuerhebel 16 und dem Erdmittelpunkt angeordnet ist und die Sensorkugel 20 den Steuerhebel 16 nicht auslöst, wenn sich das Fahrzeug, indem der Kugelsensor 10 eingebaut ist, in einer horizontalen Lage befindet, in der das Fahrzeug zur Fortbewegung betrieben werden kann.
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Bei einer Beschleunigung oder Lageänderung des Fahrzeugs verändert die Sensorkugel 20 aufgrund der Massenträgheit ihre Lage in der Aufnahme 22 und verstellt dadurch den Steuerhebel 16. Erreicht die Beschleunigung oder Lageänderung einen bestimmten Grenzwert, führt das Verstellen des Steuerhebel 16 zum Auslösen eine Steuerfunktion, beispielsweise zum Blockieren des Getriebes 5 des Gurtaufrollers 1.
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Dadurch, dass die Sensorkugel 20 lose gelagert ist und der Steuerhebel 16 lediglich locker auf dieser aufliegt, können Erschütterungen zu einem auf und ab Springen der Sensorkugel 20 führen. Die Stöße der springenden Sensorkugel 20 mit der Basis 12 induzieren Impulswellen, die an das Gurtaufrollergehäuse 3 übertragen werden und störende Geräusche verursachen können.
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In Form des massiven Blockabschnitts 28 wird eine große dynamische Masse bereitgestellt, in die die Stöße eindringen können. Hierdurch wird ein großer Teil des Impulses der Sensorkugel 20 auf die Basis 12 übertragen, wodurch die Sensorkugel 20 im Wesentlichen von der Basis 12 gestoppt wird und damit nicht abprallt.
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Die elastische Lagerschicht 38 führt dazu, dass die Stöße zusätzlich gedämpft werden und die Sensorkugel 20 schneller ihre kinetische Energie verliert.
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Ferner trägt die elastische Zwischenschicht 7 zwischen dem Kugelsensor 10 und dem Gurtaufrollergehäuse 3 dazu bei, den Impulsübertrag auf das Gurtaufrollergehäuse 3 weiter zu dämpfen.
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Auf diese Weise können durch den erfindungsgemäßen Kugelsensor 10 die springende Sensorkugel 20 effektiv gedämpft und störende Geräusche unterdrückt werden.
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Der Kugelsensor 10 ist derart gestaltet, dass die Sensorkugel 20 auf der Basiskalotte 14 rollen und an der Oberfläche des Steuerhebels 16 gleiten kann. Hierdurch wird eine Dämpfung unerwünschter Stöße der Sensorkugel 20 mit der Basis 12 erreicht, ohne dass dies das Ansprechverhalten des Steuerhebels 16 beeinträchtigt. Auf diese Weise ist ein guter Sperrwert gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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