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Die Erfindung betrifft einen Trägheitssensor, insbesondere an einem Gurtaufroller, sowie ein Verfahren zur Verringerung der Reibung zwischen zwei Komponenten eines Trägheitssensors.
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Um bei starken Fahrzeugverzögerungen eine fahrzeugsensitive Sperrung eines Gurtaufrollers auszulösen, sind Trägheitssensoren mit einem Trägheitselement bekannt, das aufgrund seiner Massenträgheit auf ein Sensorelement einwirkt, welches wiederum eine Sperrklinke des Gurtaufrollers betätigt. Als Trägheitselement wird beispielsweise eine Stahlkugel verwendet, die in einer Aufnahme am Gurtaufroller gelagert ist. Alternativ sind auch Trägheitselemente in Form von leicht kippbar gelagerten massiven Körpern bekannt. In der Regel haben derartige Trägheitselemente Abmessungen von einigen Millimetern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Ansprechverhalten eines Trägheitssensors einfach und kostengünstig zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit einem Trägheitssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Trägheitssensor umfasst wenigstens zwei Komponenten, die relativ zueinander reversibel beweglich sind und die jeweils wenigstens eine Kontaktfläche aufweisen, an der die Komponenten miteinander in Kontakt sind, wobei wenigstens eine der Kontaktflächen mit Graphitpulver beschichtet ist. Der Trägheitssensor ist insbesondere an einem Gurtaufroller vorgesehen und kann einen Teil des Gurtaufrollers bilden.
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Es hat sich herausgestellt, dass bereits eine dünne Schicht Graphitpulver die Reibung zwischen den Kontaktflächen signifikant reduzieren und so das Auslösen des Trägheitssensors deutlich verbessern kann. Die Graphitschicht reduziert die Reibung der gegeneinander beweglichen Kontaktflächen und somit auch gleichzeitig die durch Reibungskräfte hervorgerufene Streuung der Auslösewerte, die durch herstellungsbedingte Oberflächen- und Materialunterschiede hervorgerufen werden. Auf eine Einbettung von Reibung reduzierenden Stoffen in das Material der Komponenten kann daher verzichtet werden. Von Vorteil ist auch, dass das Graphitpulver eine mechanische Festigkeit des Materials nicht beeinträchtigt.
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Ein weiterer Vorteil der Beschichtung der Kontaktfläche mit dem Graphitpulver in der Anwendung bei filigranen, leichten oder mit Trägheit arbeitenden Komponenten ist, dass Aktivierungs- bzw. Übertragungskräfte zwischen den Komponenten, insbesondere Komponenten des Trägheitssensors, sehr gering sind. Im Gegensatz dazu kann durch extern aufgebrachte Stoffe, wie beispielsweise Fette oder Öle, in derartigen Anwendungsfällen oftmals nicht die gleiche Reibungsminderung erzielt werden, ohne dass störende Hafteffekte zwischen den kontaktierenden Bauteilen durch die Schmierstoffe erzeugt werden, welche z.B. zu erhöhten Losbrechkräften führen können. Derartige durch Schmierstoffe, wie Fette oder Öle hervorgerufene Hafteffekte zwischen den Kontaktflächen der sich kontaktierenden Komponenten können durch die Beschichtung mit Graphitpulver vermieden oder zumindest stark verringert werden. Somit kann durch die Graphitbeschichtung der wenigstens einen Kontaktfläche erreicht werden, dass bei translatorischen Bewegungen der Kontaktflächen der Komponenten zueinander, die für die Auslösung eines Trägheitssensors relevanten Losbrechkräfte verringert werden können. Dadurch kann eine durch Hafteffekte hervorgerufene Streuung der Auslösewerte des Trägheitssensors reduziert werden.
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Außerdem ist Graphit auch in kleinen Korngrößen ungiftig und kostengünstig erhältlich und der Einfluss auf die Massenträgheit der Komponenten ist aufgrund der sehr geringen Masse der Beschichtung auch bei sehr filigraner und leichter Bauweise der Komponenten vernachlässigbar.
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Vorzugsweise besteht zumindest die Kontaktfläche einer oder beider Komponenten aus Kunststoff. Besonders bevorzugt besteht zumindest eine der Komponenten vollständig aus Kunststoff. Als geeignetes Material hat sich beispielsweise Polyoxymethylen (POM) erwiesen. Die Verwendung eines Graphitpulvers hat hier außerdem den Vorteil, dass Graphit sehr gut an Oberflächen aus einem derartigen Kunststoff haftet.
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Die Reibung lässt sich besonders stark verringern, indem der Sprung der Reibungskräfte beim Übergang von der Haftreibung zur Gleitreibung verringert wird. Hierzu ist es vorteilhaft, die Komponenten so anzuordnen, dass die Kontaktflächen gegeneinander verschoben werden.
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Gute Ergebnisse werden beispielsweise mit einem Graphitpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße der Graphitteilchen zwischen 2 µm und 15 µm, besonders bevorzugt 5 µm, erzielt.
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Die Schichtdicke der Graphitbeschichtung kann sehr gering gewählt werden und kann beispielsweise etwa 2 µm bis 200 µm betragen.
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Generell ist der Trägheitssensor reversibel und ist für vielfachen Gebrauch ausgelegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Trägheitssensor ein Trägheitselement, ein Auslenkelement in direktem Kontakt mit dem Trägheitselement und ein Sensorelement in direktem Kontakt mit dem Auslenkelement, wobei das Auslenkelement an entgegengesetzten Außenflächen jeweils eine Kontaktfläche aufweist und beide Kontaktflächen mit Graphitpulver beschichtet sind. Die beiden Außenflächen des Auslenkelements sind in direktem Kontakt mit dem Trägheitselement sowie dem Sensorelement.
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In diesem Fall verschiebt sich insbesondere das Trägheitselement gegenüber dem Auslenkelement, wodurch wiederum das Auslenkelement relativ zum Sensorelement verschoben wird und sich dieses so aus seiner Ausgangsstellung in eine ausgelenkte Stellung bewegt. Endet die Beschleunigung des Fahrzeugs, so bewegt sich das Trägheitselement wieder zurück in seine Ausgangsstellung, und entsprechend verschieben sich das Auslenkelement und das Sensorelement ebenfalls wieder relativ zueinander in ihre jeweilige Ausgangsstellung.
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Das Auslenkelement erfährt also in jeder Beschleunigungssituation, bei der der Trägheitssensor anspricht, eine Verschiebebewegung sowohl gegenüber dem Trägheitselement als auch gegenüber dem Sensorelement. Somit ist eine Beschichtung mit Graphitpulver an den beiden Kontaktflächen mit dem Trägheitselement sowie mit dem Sensorelement besonders vorteilhaft.
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Diese drei Komponenten (Trägheitselement, Auslenkelement und Sensorelement) bilden bevorzugt die einzigen beweglichen Bauteile des Trägheitssensors.
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Bei dem Trägheitselement handelt es sich beispielsweise um eine Metallkugel, die in einer feststehenden Aufnahme frei drehbar gelagert ist.
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Das Auslenkelement weist in diesem Fall vorzugsweise einen schalenförmigen Abschnitt auf, wobei eine Kontaktfläche an einer konkaven Seite des schalenförmigen Abschnitts vorgesehen ist, die zum Trägheitselement gewandt ist, und eine Kontaktfläche an einer konvexen Seite des schalenförmigen Abschnitts vorgesehen ist, die zum Sensorelement gewandt ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verringerung der Reibung zwischen wenigstens zwei Komponenten eines Trägheitssensors, wie er oben beschrieben wurde, und bei dem die Komponenten relativ zueinander reversibel bewegliche Kontaktflächen aufweisen, wird auf wenigstens eine der Kontaktflächen eine Beschichtung aus Graphitpulver aufgebracht.
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Es ist möglich, zumindest eine oder exakt eine der Komponenten komplett mit Graphitpulver zu beschichten.
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Nur exakt eine der Komponenten des Trägheitssensors mit Graphitpulver zu beschichten ist insbesondere von Vorteil, wenn die Komponenten wie oben beschrieben ein Trägheitselement, ein Auslenkelement in direktem Kontakt mit dem Trägheitselement und ein Sensorelement in direktem Kontakt mit dem Auslenkelement umfassen. In diesem Fall wird vorzugsweise nur das Auslenkelement, das an entgegengesetzten Außenflächen jeweils eine Kontaktfläche aufweist, mit Graphitpulver beschichtet. Hierzu ist es aus Zeitgründen günstig, wenn das gesamte Auslenkelement in einem einzigen Arbeitsgang mit Graphitpulver beschichtet wird.
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Das Aufbringen der Schicht aus Graphitpulver erfolgt sinnvollerweise vor dem Zusammenbau des Trägheitssensors.
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Das Graphitpulver kann beispielsweise durch Aufsprühen auf die Kontaktfläche aufgebracht werden.
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Es ist auch möglich, die jeweilige Komponente komplett in Graphitpulver einzutauchen und das überschüssige Pulver zu entfernen. Hierzu kann es ausreichen, das überschüssige Graphitpulver abzuschütteln.
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Neben der Reduzierung der Reibung zwischen zwei aneinander anliegenden Komponenten hat das Graphitpulver auch den Vorteil, dass die elektrostatische Aufladung zwischen den Komponenten durch permanenten Ladungsaustausch über die Graphitschicht verringert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausschnitts eines Gurtaufrollers mit einem erfindungsgemäßen Trägheitssensor;
- - 2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Gurtaufrollers aus 1; und
- - 3 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Trägheitssensors entlang einer Linie III-III in 1.
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Die Figuren zeigen einen Trägheitssensor 10, der in diesem Beispiel Teil eines nur abschnittsweise dargestellten Gurtaufrollers 12 ist.
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Die Figuren zeigen den Gurtaufroller 12 in der endgültigen, am Fahrzeug montierten Ausrichtung. Der Trägheitssensor 10 ist in der dargestellten Ausführungsform im eingebauten Zustand an einem unteren Ende des Gurtaufrollers 12 angeordnet.
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Ein Sensorgehäuse 14 ist meist einstückig mit einem Gehäuse des Gurtaufrollers 12 verbunden.
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Der Trägheitssensor 10 weist in diesem Beispiel drei relativ zueinander bewegliche Komponenten auf. Im Sensorgehäuse 14 ist als erste Komponente ein Trägheitselement 16, hier in Form einer Metallkugel, so aufgenommen, dass es sich frei im Sensorgehäuse 14 bewegen kann. Im Normalfall rollt die Kugel auf einer Innenseite des Sensorgehäuses 14 ab.
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Auf der dem Kontaktbereich des Trägheitselements 16 mit dem Sensorgehäuse 14 gegenüberliegenden Seite des Trägheitselements 16 ist als zweite Komponente ein Auslenkelement 18 so angeordnet, dass Kontaktflächen 20, 22 am Trägheitselement 16 und am Auslenkelement 18 ständig in Kontakt miteinander sind.
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Das Auslenkelement 18 ist beweglich mit dem Sensorgehäuse 14 verbunden. In diesem Beispiel ist an einer Seite des Auslenkelements 18 eine Schwenkachse 24 vorgesehen, die fest im Sensorgehäuse 14 gelagert ist und um die das Auslenkelement 18 verschwenken kann.
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Das Auslenkelement 18 weist hier einen schalenförmigen Abschnitt 26 auf (siehe 3), dessen konkave Seite 28 zum Trägheitselement 16 gewandt ist und die Kontaktfläche 22 bildet, während dessen entgegengesetzte, konvexe Seite 30 vom Trägheitselement 16 weg zeigt.
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Oberhalb des Auslenkelements 18 ist als dritte Komponente ein Sensorelement 32 angeordnet, das eine Kontaktfläche 34 aufweist, die ständig an einer Kontaktfläche 36 an der konvexen Seite 30 des Auslenkelements 18 anliegt. Das Sensorelement 32 ist beispielsweise auslenkbar am Sensorgehäuse 14 fixiert.
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Erfährt das Fahrzeug, in dem der Gurtaufroller 12 montiert ist, eine positive oder negative Beschleunigung, so wird das Trägheitselement 16 gegenüber dem Sensorgehäuse 14 aus seiner in 3 gezeigten Ausgangsstellung bewegt. Dabei rollt in diesem Fall die Kugel des Trägheitselements 16 auf der Innenseite des Sensorgehäuses 14 ab. Hierdurch bewegt sich das Trägheitselement 16 auch relativ gegenüber dem Auslenkelement 18, wobei die beiden Kontaktflächen 20, 22 gegeneinander verschoben werden, also das Auslenkelement 18 an der Oberfläche des Trägheitselements 16 entlang gleitet. Durch diese Relativbewegung von Trägheitselement 16 und Auslenkelement 18 wird das Auslenkelement 18 um die Schwenkachse 24 verschwenkt und lenkt dabei das Sensorelement 32 aus dessen Ausgangsstellung (siehe 3) in eine (nicht dargestellte) ausgelenkte Stellung aus. Die beiden Kontaktflächen 34, 36 von Auslenkelement 18 und Sensorelement 32 verschieben sich hierbei gegeneinander und gleiten aneinander. Die Bewegung des Sensorelements 32 sorgt dafür, dass eine Sperrklinke verschwenkt wird, die eine Gurtspule des Gurtaufrollers 12 blockiert (nicht dargestellt).
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Während das Trägheitselement 16 oft aus einem Metall besteht, sind sowohl das Auslenkelement 18 als auch das Sensorelement 32 meist Kunststoffteile. Ein geeigneter Kunststoff ist beispielsweise POM (Polyoxymethylen).
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In der hier gezeigten Ausführungsform ist das Auslenkelement 18 vollständig mit einem Graphitpulver 38 beschichtet. Hier wird beispielsweise ein Graphitpulver 38 mit einer mittleren Korngröße zwischen 2 µm und 15 µm verwendet.
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Hierzu wird vor dem Zusammenbau des Trägheitssensors 10 das gesamte Auslenkelement 18 beispielsweise in Graphitpulver 38 getaucht oder mit Graphitpulver 38 besprüht. Dabei haftet das Graphitpulver 38 ohne weitere Hilfsmittel an den Kontaktflächen.
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Infolgedessen bildet sich eine dünne, permanente Schicht aus Graphitpulver 38 entlang der Kontaktflächen 20, 22 von Auslenkelement 18 und Trägheitselement 16 sowie entlang der Kontaktflächen 34, 36 von Auslenkelement 18 und Sensorelement 32. Die Schichtdicke kann beispielsweise etwa zwischen 2 µm und 200 µm betragen. Aufgrund der geringen Schichtdicke ist die Schicht in den Figuren nicht explizit dargestellt.
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Die Graphitbeschichtung reduziert die Reibung an den Kontaktflächen 20, 22 und 34, 36. Außerdem sorgt sie für einen permanenten Ladungsaustausch zwischen dem Trägheitselement 16, dem Auslenkelement 18 und dem Sensorelement 32.
