Шаровое шарнирное устройство, крепежное устройство и система непрямого наблюдения для транспортного средства
BALL JOINT DEVICE, MOUNTING DEVICE AND INDIRECT OBSERVATION SYSTEM FOR VEHICLE

Настоящее изобретение относится к шаровому шарниру согласно п. 1 формулы изобретения, крепежному устройству, имеющему такой шаровой шарнир, согласно п. 14 формулы изобретения и к системе непрямого наблюдения, имеющей такое крепежное устройство, согласно п. 15 формулы изобретения.
На фиг. 5 показано известное шаровое шарнирное устройство, с помощью которого головка 100 зеркала установлена с возможностью регулировки на поддерживающей консоли 102. Узел зеркала имеет зеркальное стекло 104 и пластину 106 крепления зеркала. Поддерживающая консоль 102 на своем конце имеет выпуклую сферическую кольцевую часть 108, на которую надет механизм 110 зацепления, имеющий ответную форму и расположенный на пластине 106 крепления зеркала. Механизм 110 зацепления напрессован на сферическую кольцевую часть 108 и закреплен кольцевой пружиной 112. Недостатком такого устройства шарового шарнира является то, что для получения больших регулировочных моментов требуются большие эффективные длины или сферические поверхности, что влечет необходимость в относительно большом пространстве и в относительно большой высоте для монтажа. Во многих случаях это нежелательно с точки зрения дизайна.
В документе DE20305680U1 показано устройство шарового шарнира с проходящим внутри кабельным туннелем, имеющее множество первых и вторых компонентов шарнира. Первые компоненты содержат элемент со сферической поверхностью, внешняя часть которого является частью сферической поверхностью. Соответствующий элемент со сферической поверхностью на вторых компонентах шарнира находится в контакте с элементом со сферической поверхностью первых компонентов шарнира. Внутри первого сферического элемента первых компонентов шарнира сформирован выпуклый бугорок на первых компонентах шарнира. Этот выпуклый бугорок находится в зацеплении с вогнуты гнездом, проходящим от вторых компонентов шарнира, соединяя первые и вторые компоненты как кнопочный соединитель. Элемент со сферической поверхностью на первых компонентах шарнира и внутренняя часть чашеобразной стенки на вторых компонентах только наложены один на другой, но не создают соединяющую силу между первыми и вторыми компонентами. Соединение между первыми и вторыми компонентами достигается только относительно небольшими кнопочными соединениями внутри первых компонентов шарнира. Поэтому такое шарнирное соединение не способно выдерживать тяжелую нагрузку, такую как зеркало заднего вида.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание устройства шарового шарнира, имеющего небольшую установочную высоту, и небольшой установочный объем, и, тем не менее, способного передавать большие регулировочные моменты.
Эта цель достигается признаками согласно п. 1 формулы изобретения.
Первый компонент шарнира имеет элемент со сферической поверхностью с вогнутой или выпуклой внешней частью. Внешняя часть элемента со сферической поверхностью является частью сферической поверхности. Механизм зацепления находится в зацеплении с элементом со сферической поверхностью так, чтобы механизм зацепления и элемент со сферической поверхностью контактировали друг с другом через первую контактную поверхность. Поскольку механизм зацепления находится в зацеплении с выпуклой стороной элемента со сферической поверхностью, образуется соединение, напоминающее кнопочное соединение, между первым и вторым компонентами. Поскольку элемент со сферической поверхностью или его внешняя выпуклая часть находится на внешней стороне первого компонента шарнира, это соединение, напоминающее кнопочное соединение, имеет большие контактные поверхности и, тем самым, создает прочное соединение между первым и вторым компонентами, подходящее для больших нагрузок. Сферическое чашеобразное гнездо на первом или втором компоненте шарнира и соответствующая сферическая выпуклая чаша на соответствующем другом компоненте шарнира создают вторую контактную поверхность, которая имеет меньший радиус R2, чем радиус R1 кривизны компонента со сферической поверхностью. Первый и второй компоненты шарнира поддерживают друг друга через вогнутое сферическое чашеобразное гнездо и выпуклую сферическую чашу. С помощью двух контактных поверхностей снаружи и внутри первого компонента шарнира - вогнутого чашеобразного гнезда и соответствующей выпуклой чаши внутри и механизма зацепления и элемента со сферической поверхностью снаружи - эти две контактные поверхности могут передавать большие регулировочные моменты в достаточно малом установочном пространстве. Благодаря шарниру с двойным гнездом, несмотря на небольшую установочную высоту можно получить относительно большой радиус контактных поверхностей и, следовательно, получить большую эффективную поддерживающую длину контактных поверхностей. Возникает возможность создания больших контактных поверхностей в малом установочном пространстве, благодаря чему можно получить большое давление контакта. Для плоского второго компонента шарнира, например, в форме головки зеркала, точка поворота шарового шарнира может быть расположена ближе к стеклу зеркала. Никаких дополнительных соединительных элементов, таких как винты, стопорные болты или байонетные замки, не требуется. Два компонента шарнира соединены друг с другом через разъемное защелкивающееся соединение, что снижает себестоимость.
В одном предпочтительном варианте согласно п. 2 формулы изобретения сферическое чашеобразное гнездо имеет глубину равную или меньшую, чем радиус сферы, образующей основу вогнутого чашеобразного гнезда, так, что выпуклая сферическая чаша просто поддерживается в вогнутом сферическом чашеобразном гнезде.
В одном предпочтительном варианте согласно п. 3 формулы изобретения выпуклая сферическая чаша имеет форму, являющуюся ответной выпуклому сферическому чашеобразному гнезду, что позволяет создать большой сферический второй контакт и опорную поверхность.
В одном предпочтительном варианте согласно п. 4 формулы изобретения механизм зацепления не только охватывает элемент со сферической поверхности, но механизм зацепления дополнительно имеет форму, являющуюся комплементарной наружной форме элемента со сферической поверхностью. В результате первая контактная поверхность увеличена, и могут передаваться более высокие моменты. Поэтому шаровой шарнир может нести большую нагрузку.
В одном преимущественном варианте согласно п. 5 формулы изобретения центры М1 и М2 радиусов кривизны R1 и R2, соответственно, не идентичны, н отличаются друг от друга на величину порядка десятых миллиметра. Это позволяет создать предварительное напряжение при соединении двух компонентов шарнира.
В одном преимущественном варианте согласно п.п. 6 и 7 формулы изобретения упругая конструкция элемента со сферической поверхностью и/или механизма зацепления упрощает установку двух компонентов шарнира рядом друг с другом.
В одном преимущественном варианте согласно п. 8 формулы изобретения сцепляемость улучшается благодаря пружинному элементу, в частности, кольцевой пружине (п. 9), который прижимает механизм зацепления к элементу со сферической поверхностью.
В одном преимущественном варианте согласно п. 10 формулы изобретения элемент со сферической поверхностью является вогнутым. Это упрощает установку, поскольку первый компонент шарнира с элементом со сферической поверхностью изготовлен из более жесткого или более твердого материала, чем второй компонент шарнира.
Устройство шарового шарнира по настоящему изобретению преимущественно применяется для соединения устройства непрямого наблюдения с транспортным средством. Этими устройствами могут быть мониторы, обычные зеркала, системы видеокамер, сенсорные узлы или системы полного замещения зеркал.
Другие детали, признаки и преимущества изобретения приведены в нижеследующем описании предпочтительных вариантов со ссылками на чертежи, где:
Фиг. 1 - первый вариант изобретения.
Фиг. 2 - второй вариант изобретения.
Фиг. 3 - вид в перспективе второго компонента шарнира как носителя для дополнительного компонента.
Фиг. 4 - второй компонент шарнира как головка зеркала.
Фиг. 5 - зеркало вместе с шаровым шарниром по предшествующему уровню техники.
Вариант, показанный на фиг. 1 содержит первый компонент 2 шарнира в форме поддерживающей консоли, к которому с возможностью регулировки прикреплен с помощью двойного шарового шарнира второй компонент 6 шарнира в форме головки зеркала. Головка 6 зеркала имеет зеркальное стекло 8 и пластину 9 крепления зеркала. Поддерживающая консоль 2 на одном конце имеет тороидальный и сферический кольцевой элемент 10 со сферической поверхностью, имеющий выпуклую сферическую кольцевую внешнюю сторону 11 и трубчатую внутреннюю сторону 12. Механизм 14 зацепления на пластине 9 крепления зеркала надет на выпуклую внешнюю сторону 11 элемента 10 со сферической поверхностью. Другими словами, механизм 14 зацепления находится в зацеплении с выпуклой внешней стороной 11 за ее наибольшим диаметром. Соответственно, создается соединение типа кнопочного соединения между первым и вторым компонентами 2, 6. Выпуклая внешняя сторона 11 элемента 10 со сферической поверхностью имеет первый радиус R1 кривизны, отходящий от центра М1. Механизм 14 зацепления имеет чашеобразную конструкцию в которой имеется стенка 16 чаши с внутренней стороной 18 и внешней стороной 20. Внутренняя сторона 18 стенки 16 чаши закруглена по меньшей мере в верхней части так, чтобы между выпуклой внешней стороной 11 элемента 10 со сферической поверхностью и внутренней стороной 18 стенки 16 чаши образовалась контактная поверхность 22.
Внутри сферического кольцевого элемента 10 со сферической поверхностью имеется купол или чашеобразное гнездо 24, имеющее второй радиус R2 кривизны, отходящий от второго центра М2. Трубчатая внутренняя сторона 12 и гнездо 24 определяют чашеобразную внутреннюю часть. Выпуклая сферическая чаша 26 отходит центрально от пластины 9 крепления зеркала и поддерживается на сферическом чашеобразном гнезде 24. Таким образом, образуется вторая сферическая чашеобразная контактная поверхность 28. На внешней стороне 20 стенки 16 чаши кольцевая пружина 30 охватывает стенку 16 чаши механизма 14 зацепления и прижимает внутреннюю сторону 18 стенки 16 чаши к внешней поверхности 11 сферического кольцевого элемента 10 со сферической поверхностью. Поскольку в двойном шаровом шарнире 4 регулировочные моменты передаются через первую контактную поверхность 22 и через вторую контактную поверхность 28, возможно уменьшение габаритов конструкции, поэтому центр DP поворота двойного шарового шарнира 4 расположена ближе к стеклу 8 зеркала головки 6 зеркала, т.е., расстояние Х между стеклом 8 зеркала и центром поворота уменьшается.
В варианте по фиг. 1 центр DP поворота совпадает с двумя центрами М1 и М2 двух радиусов R1 и R2 кривизны, соответственно. Альтернативно, два центра М1 и М2 могут быть смещены относительно друг друга в диапазоне порядка одной десятой миллиметра так, чтобы центр DP поворота двойного шарового шарнира 4 находился между двумя центрами М1 и М2. Таким образом двойной шаровой шарнир получает предварительное напряжение во время установки и в нем предотвращается люфт.
На фиг. 2 показан второй вариант изобретения, отличающийся от первого варианта, показанного на фиг. 1, только конструкцией механизма 14 зацепления. Вместо чашеобразной конструкции, механизм зацепления содержит множество распределенных по окружность защелкивающихся крюков 32, имеющий переднюю или контактную сторону 34 и заднюю сторону 36. Защелкивающиеся крюки 32 своей контактной стороной 34 зацеплены за внешнюю поверхность 11 сферического кольцевого элемента 10 со сферической поверхностью, образуя защелкивающее кнопочное соединение. Контактные стороны 34 защелкивающихся крюков 32, обращенные к сферическому кольцевому элементу 10 со сферической поверхностью имеют скругленную поверхность, являющуюся комплементарной форме выпуклой внешней стороны 11 этого сферического кольцевого элемента 10 со сферической поверхностью, что образует сферическую контактную поверхность 22 в форме полосы, находящуюся между механизмом 14 зацепления и сферическим кольцевым элементом 10 со сферической поверхностью. Первая контактная поверхность 22, увеличенная по сравнению с вариантом по фиг. 1, возникает благодаря комплементарным формам элемента 10 со сферической поверхностью и контактной стороны 34 защелкивающихся крюков 32. Остальная конструкция второго варианта соответствует конструкции первого варианта, показанного на фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид в перспективе второго варианта первого компонента 2 шарнира, имеющего элемент 40 со сферической поверхностью со сферической кольцевой формой, разделенной на участки на одном конце и элементом 42 фиксатора на другой стороне. Элемент 40 со сферической поверхностью, имеющий сферическую кольцевую форму, разделенный на участки имеет множество разнесенных по окружности кольцевых участков 44, от которых в каждом случае отходят два пальца 46, и внешняя часть 11 элемента 40 лежит на сферической поверхности, охваченной сферическими кольцевыми участками 44.
На фиг. 4 показан вид в перспективе головки 6 зеркала по фиг. 2 вместе с механизмом 14 зацепления, имеющим распределенные по окружности защелкивающиеся крюки 32.
Два компонента 2 и 6 шарнира могут быть изготовлены из пластика или металла. Первый компонент 2 шарнира типично изготовлен из металла или твердого пластика, а второй компонент шарнира изготовлен из относительно мягкого пластика.
Описанные иллюстративные варианты демонстрируют двойные шаровые шарниры с ручной регулировкой, но такие двойные шаровые шарниры можно регулировать и с помощью электродвигателя.
Перечень позиций
DP - центр поворота двойного шарового шарнира
R1 - первый радиус кривизны
M1 - первый центр
R2 - второй радиус кривизны
M2 - второй центр
X - расстояние между DP и стеклом зеркала
2 - первый компонент шарнира, поддерживающая консоль
4 - двойной шаровой шарнир
6 - второй компонент шарнира, головка зеркала
8 - стекло зеркала
10 - элемент со сферической поверхностью
11 - сферическая внешняя часть
12 - трубчатая внутренняя часть элемента 10
14 - механизм зацепления
16 - чашеобразная стенка механизма 14
18 - внутренняя сторона стенки 16
20 - внешняя сторона стенки 16
22 - первая контактная поверхность
24 - вогнутое сферической чашеобразное гнездо
26 - выпуклая сферическая чаша
28 - вторая контактная поверхность
30 - кольцевая пружина
32 - защелкивающийся крюк
34 - передняя или контактная сторона крюка 32
36 - задняя сторона крюка 32