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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität von der US Provisional Patentanmeldung Nr. 61/607,117, eingereicht am 06.03.2012, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für jegliche Zwecke aufgenommen ist.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Drehverbindungen und wurde als besonders nützlich als eine Drehverbindung zum Verbinden eines Scheinwerfer-Einstellers mit einem Reflektor in einer Scheinwerfer-Baugruppe oder einem externen Reflektor und einer Linsen-Scheinwerfer-Baugruppe befunden.
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Hintergrund der Erfindung
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Drehbare sphärische Verbindungen, im Allgemeinen als Kugelverbindungen bezeichnet, umfassen im Allgemeinen einen in einer Pfanne in Eingriff gebrachten Kugelzapfen. Derartige Verbindungen haben eine weite Vielfalt von Anwendungen, wo eine drehbar gelagerte Verbindung zwischen zwei Teilen erwünscht ist. Beispielsweise können diese in vielen Typen von linearen Aktuatoren verwendet werden und wurden als besonders nützlich in kraftfahrtechnischen Lampen-Baugruppen befunden. Wie im
US Patent Nr. 5,707,133 zu sehen ist, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, umfassen kraftfahrtechnische Lampen-Baugruppen, die als Scheinwerfer verwendet werden, typischerweise verschiedene grundlegende Teile: Einen Halterahmen, einen Reflektor, eine Linse, eine Glühbirne und einen oder mehrere Einsteller.
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In dem Beispiel der kraftfahrtechnischen Lampen-Baugruppe beherbergt der Halterahmen den Reflektor und die Glühbirne an einer drehbar gelagerten Befestigung, um das Ziel zu erreichen, dass das Licht unter Verwendung des Einstellers eingestellt wird. Die Linse versiegelt die Front der Baugruppe, um sie vor den Elementen zu schützen, die das vordere Ende des Fahrzeugs angreifen, und stellt eine aerodynamische Form und eine ansprechende Erscheinung bereit. Typischerweise ist der Reflektor im Gehäuse an einer festen Kugelverbindung befestigt und ist unter Verwendung von Einstellern, welche mit dem Reflektor mittels bewegender Kugelverbindungen eine Schnittstelle bilden, horizontal und vertikal einstellbar. Die sich bewegenden Kugelverbindungen sind beweglich, indem die Einsteller betätigt werden, welche mittels eines eine Kalotte und einen Schaft aufweisenden Kugelzapfens mit den bewegenden Kugelverbindungen verbunden sind. Ein anderer Typ von kraftfahrtechnischen Scheinwerfer-Baugruppen, welcher lineare Aktuatoren verwendet, ist in dem
US-Patent Nr. 5,360,282 gezeigt. In diesem Typ von Scheinwerfer-Baugruppe ist der lineare Aktuator an einer Klammer befestigt und das Kugelverbindungsende trägt einen Reflektor, Linse und Glühlampen. Dieser Typ von Anwendung erfordert aufgrund des unterstützten zusätzlichen Gewichtes eine Kugelverbindung von höherer Stärke. Insbesondere muss eine Herausziehkraft der Kugelverbindung größer sein, um einer Schwingung widerstehen zu können.
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Während eine mögliche Anwendung der vorliegenden Erfindung bei Scheinwerfer-Baugruppen liegt, sind andere Anwendungen möglich und Bezugnahmen auf eine Verwendung in einer Scheinwerfer-Baugruppe sollte nicht als die Anwendung der vorliegenden Erfindung einzuschränken angesehen werden. Ferner, während der hierin beschriebene verbesserte Kugelpfannenentwurf zur Verwendung mit einem entkoppelbaren Kugelzapfen entworfen sein mag, wie er in
US-Patent Nr. 6,113,301 ;
6,247,868 und
6,758,622 beschrieben ist, deren Offenbarungen durch Bezugnahme aufgenommen werden, kann er auch vorteilhaft mit Kugelzapfen verwendet werden, welche „Ohren” oder eingreifende Zungen oder halbsphärische Kugelzapfenentwürfe aufweisen. Beispiele derartiger Einsteller sind in den
US-Patent-Nr. 4,689,725 ;
5,186,531 und
6,758,622 offenbart. Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kugelverbindung ist, dass sie die Abwandlungen, die mit einer Verwendung von halbsphärischen Kugelzapfen verbunden sind, eliminiert, was zu einem konsistenten Herausziehwiderstand führt.
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Herkömmliche Kugelverbindungen zur Verwendung in kraftfahrtechnischen Lampenbaugruppen umfassen typischerweise einen Kugelzapfen mit einer sphärischen Eingriffskalotte, die sich von einem Einsteller erstreckt. Der Kugelzapfen ist linear in den Einsteller hinein und aus diesem heraus bewegbar. Während dieses im Allgemeinen effektiv ist, gibt es eine Anzahl von Nachteilen beim Verwenden eines Kugelzapfens in einer herkömmlichen Pfanne, welche eine Mehrzahl von elastischen Zungen zum Zurückhalten des Kugelzapfens umfasst. Ein derartiger Nachteil ist, dass die Zungen typischerweise die Kugelzapfen-Sphäre bis zu oder an einem „Tangentenpunkt” berühren, welcher auf einer gedachten Linie zwischen dem Drehmittelpunkt des Kugelzapfens und dem Mittelpunkt der elastischen Zunge ist, wie beispielsweise die in
US-Patent Nr. 6,758,622 gezeigte Konfiguration. Diese Konfiguration bewirkt, dass die Kraft, die erzeugt wird, wenn der Zapfen einer Herausziehkraft ausgesetzt wird, entlang der gedachten Linie gerichtet wird. Diese Konfiguration führt zu einer Bedingung, wo der Kugelzapfen aus der Pfanne unter bestimmten Betriebsbedingungen herausgezogen werden kann, wie beispielsweise einer Schwingung, während schwerere Reflektoren oder in schwereren Scheinwerfer-Baugruppen getragen werden, wie beispielsweise die zuvor in dem
US-Patent Nr. 5,360,282 in Bezug genommene, was den Einsteller in einem nicht-betriebsfähigen Zustand zurücklässt. Dieses unerwartete Herausziehen geschieht im Allgemeinen, weil die Zurückhalte-Zungen notwendigerweise flexibel sind, um es der Kalotte zu gestatten, in der Pfanne installiert zu werden. Obwohl dem Herausziehen des Kugelzapfens mit einigem Erfolg ein Widerstand gesetzt ist, biegen die Zungen ab und die Kugelzapfen-Kalotte rutscht durch und „ploppt heraus”, falls eine hinreichende Herausziehkraft aufgewendet wird. Die Flexibilität der Zungen zu reduzieren, ist keine wünschenswerte Option, weil es entweder zu schwierig wäre, die Kugelzapfen-Kalotte in die Pfanne einzufügen, oder die Elastizität der Zungen wäre in dem Grade vermindert, dass sie während des Einsteckens des Kugelzapfens abbrechen würden.
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Während Stahl-Kugelzapfen, insbesondere die mit einer Hinterschneidung hinter der Kalotte des Kugelzapfens oder Ohren, die sich in Eingriff mit Zungen befinden oder anderen Strukturen, einen hohen Widerstand gegen eine Herausziehkraft erzielen können, ist es oft bevorzugt, einen Plastik-Kugelzapfen zu verwenden, um die Verwendung von kompakteren und ein geringeres Gewicht aufweisenden Einsteller-Entwürfen zu ermöglichen. Ferner können Plastik-Kugelzapfen entworfen werden, die Hinterschneidungen hinter den Kalotten, Zungen oder andere zurückhaltende Strukturen aufweisen, aber zur Herstellung, Installation und hinsichtlich einer Entwurfsflexibilität wird allgemein eine volle runde Kugelzapfen-Kalotte bevorzugt.
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Entsprechend besteht ein Bedürfnis nach einer verbesserten Kugelpfanne, die sicher einen darin angeordneten Kugelzapfen hält, die wirksam in Verbindung mit entkoppelbaren oder herkömmlichen Kugelzapfen wirksam mit Plastik-Kugelzapfen verwendet werden kann, kosteneffizient ist und einen größeren Widerstand gegen ein zufälliges Herausziehen aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Kugelverbindung, welche elastische Zungen umfasst, die einen eingesteckten Kugelzapfen an einem Ort in Richtung des Hebels des Kugelzapfens von dem zuvor beschriebenen Tangentenpunkt berühren. Bestimmte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kugelverbindung sind in der Lage, in kraftfahrtechnischen Lampenbaugruppen verwendet zu werden und lösen einige oder alle der durch existierende Kugelverbindungen aufgeworfenen oder nicht gelösten Probleme. Natürlich kann die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl von nicht-kraftfahrtechnischen Lampenkonfigurationen verwendet werden, wo ähnliche Leistungsmerkmale verlangt werden.
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Durch den Fachmann wird verstanden werden, dass ein oder mehrere Aspekte dieser Erfindung mehrere bestimmte Aufgaben lösen können, während ein oder mehrere andere Aspekte zu anderen Zielen führen können. Andere Ziele, Eigenschaften, Vorteile und positive Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden in dieser Zusammenfassung und Beschreibungen der offenbarten Auswirkungsform offensichtlich und werden dem Fachmann leicht offensichtlich. Derartige Ziele, Merkmale, Vorteile und positive Wirkungen werden von oben Gesagtem in Verbindung mit den begleitenden Figuren und allen vernünftigen davon zu ziehenden Folgerungen offenbar werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kugelpfanne, gezeigt mit einem Kugelzapfen und einer Pfannen-Befestigungsschraube;
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2 ist eine andere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne von 1, gezeigt mit dem Kugelzapfen (nicht eingesteckt) und einer Pfannen-Befestigungsschraube;
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3 ist eine Schnittansicht der Kugelpfanne von 1;
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4 ist eine andere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne von 1, gezeigt mit dem Kugelzapfen in einer gedrehten Position;
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5 ist eine andere Schnittansicht der Kugelpfanne von 1;
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5A ist eine Detailansicht eines Bereichs der Schnittansicht von 5;
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6 ist eine Schnittansicht der Kugelpfanne von 1, gezeigt in dem Moment, in dem der Kugelzapfen in die Kugelpfanne hineingesteckt wird, um das auf die Kugelpfanne aufgewendete Biegemoment zu veranschaulichen;
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7 ist eine andere Schnittansicht der Kugelpfanne von 1, gezeigt in dem Moment, in dem eine Zugkraft auf den Kugelzapfen aufgewendet wird, um die auf die Kugelpfanne aufgewendeten Biegemomente zu veranschaulichen;
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8A ist eine untere perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kugelpfanne, gezeigt entfernt von einem Basismaterial und mit einem Kugelzapfen (nicht eingesteckt);
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8B ist eine obere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne von 8A, gezeigt als in das Basismaterial eingesteckt und mit einem Kugelzapfen (nicht eingesteckt);
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8C ist eine andere obere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne von 8A, gezeigt als in das Basismaterial eingesteckt und mit einem Kugelzapfen (eingesteckt);
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8D ist eine Seitenansicht der Kugelpfanne von 8A, gezeigt als in das Basismaterial eingesteckt und mit einem Kugelzapfen (eingesteckt);
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9A ist eine untere perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Kugelpfanne, gezeigt mit einem Kugelzapfen (nicht eingesteckt);
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9B ist eine obere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne von 9A, gezeigt mit einem Kugelzapfen (nicht eingesteckt);
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9C ist eine andere obere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne von 9A, gezeigt mit einem Kugelzapfen (eingesteckt); und
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9D ist eine Seitenansicht der Kugelpfanne von 9A, gezeigt mit einem Kugelzapfen (eingesteckt).
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Ausführliche Beschreibung
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1 bis 7 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kugelpfanne 100. Die Kugelpfanne 100 weist eine Pfanne 110 und einen Kugelzapfen 120 auf. Der Kugelzapfen 120 umfasst einen sphärischen Bereich 122 und einen Schaft 124. Die Pfanne 110 weist mehrere elastische Zungen 130 und mehrere Haltestege 140 auf. Die elastischen Zungen 130 und Haltestege sind an einer Außenmanschette 160 befestigt. Zusammen kombinieren die elastischen Zungen 130 und Haltestege 140, um eine Kavität 150 zu bilden, worin der Kugelzapfen 120 drehbar gelagert und drehbar sein kann. Die elastischen Zungen 130 verformen sich elastisch, wenn der Kugelzapfen 120 in die Pfanne 110 hineingesteckt wird. In der in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsform ist die Pfanne 110 an ihrem gewünschten Ort mittels einer Schraube 165 gesichert.
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3 zeigt einen Querschnitt der Kugelpfanne 100. Wenn eine Ausziehkraft auf den Kugelzapfen 120 ausgeübt wird, berührt er die elastischen Zungen 130, was bewirkt, dass ein Teil der Ausziehkraft durch die elastischen Zungen 130 auf die Außenmanschette 160 übertragen wird. In der gezeigten Ausführungsform weist die Außenmanschette 160 eine allgemein gleichmäßige und kreisförmige Randform auf, welche signifikanten radialen Kräften ohne ein signifikantes Abbiegen widersteht. Andere Formen könnten für die Außenmanschette 160 verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
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4 ist eine andere perspektivische Ansicht der Kugelpfanne 100, welche den Kugelzapfen 120 in einer gedrehten Orientierung zeigt. Wie offensichtlich sein sollte, kann der Kugelzapfen 120 in der Kugelpfanne 100 drehbar gelagert sein und sich drehen.
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5 und 5A sind hilfreich, die Geometrie zu erklären, welche den verbesserten Widerstand gegen ein Herausziehen bereitstellt, während eine geringere Einsteckkraft erhalten bleibt. 5 ist eine Querschnittansicht der Kugelpfanne 100 und 5A ist eine Detailansicht von 5, welche die Berührungspunkte zwischen einer der elastischen Zungen 130 und dem Kugelzapfen 120 zeigt. Der sphärische Bereich 122 des Kugelzapfens 120 hat einen Mittelpunkt C und einen Radius R. Die elastischen Zungen 130 bilden einen inneren Durchmesser D, der größer als der Durchmesser des Schafts 124 und kleiner als der Durchmesser des sphärischen Bereichs 122 ist. Eine theoretische Linie 200 ist gezeigt, die von dem Mittelpunkt C bis zu dem Hebel-Mittelpunkt („P3”) der elastischen Zungen 130 verläuft. Ein theoretischer Tangentenpunkt 202 ist gezeigt, wo die theoretische Linie 200 die äußere Kante des sphärischen Bereichs 122 des Kugelzapfens 120 schneidet. Wie gezeigt, berühren die elastischen Zungen 130 den sphärischen Bereich 122 des Kugelzapfens 120 an einem oberen Berührungspunkt P1. Wenn eine Herausziehkraft auf den Kugelzapfen 120 aufgewendet wird, wird ein Teil der Kraft auf die elastischen Zungen 130 eher entlang einer Linie von dem Mittelpunkt des sphärischen Bereichs des Kugelzapfens 120 zu dem oberen Berührungspunkt P1 gerichtet als entlang der theoretischen Linie 200.
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Die elastischen Zungen 130 umfassen ferner eine Schenkelfläche 170, die angeordnet ist, den Kugelzapfen 120 auf beiden Seiten des zuvor erwähnten theoretischen Tangentenpunktes 202 zu berühren, während die Kugelpfanne 100 sich in normalem Betrieb befindet. Die Schenkelfläche 170 weist einen kurzen Steg 172 auf, welcher den sphärischen Bereich 122 auf der Schaftseite des theoretischen Tangentenpunktes 202 berührt und einen langen Steg 174, der sich herunter zum sphärischen Bereich 122 auf der anderen Seite des theoretischen Tangentenpunktes 202 erstreckt. Zwischen dem kurzen Steg 172 und dem langen Steg 174 ist eine Übergangsfläche 176. Sowohl der lange Steg 174 als auch die Übergangsfläche 176 sind so gezeigt, dass sie einigen Abstand von dem sphärischen Bereich 122 aufweisen, könnten aber auch eng der Kontur des sphärischen Bereichs folgen. Hinsichtlich einer leichten Herstellung aufgrund weniger strenger Toleranzen, die verwendet werden könnten, wird angenommen, dass es vorteilhaft ist, etwas Abstand zu haben. Zusätzlich gestattet ein Abstand zwischen der Schenkelfläche 170 und dem Kugelzapfen 120, dass der innere Durchmesser D um den Kugelzapfen kleiner und enger wird, wenn der Kugelzapfen einer Ausziehkraft ausgesetzt ist.
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Wenn eine Ausziehkraft auf den Kugelzapfen 120 ausgeübt wird, kommt die Schenkelfläche 170 in Berührung mit dem sphärischen Bereich 122 und widersteht dabei der biegenden Verformung der elastischen Zungen 130. Zusätzlich zum Berühren des sphärischen Bereichs 122 an einem oberen Berührungspunkt P1 berührt der lange Steg 174 den sphärischen Bereich an einem unteren Berührungspunkt P2. Wenn die Größe und Form der elastischen Zungen 130 bestimmt wird, ist es nützlich, den Abstand von dem Mittelpunkt C zu jedem der Berührungspunkte P1, P2 und P3 zu messen. Jeder Abstand ist in den 5 und 5A als H1, H2 bzw. H3 gezeigt. In gleicher Weise ist der horizontale Abstand von dem Mittelpunkt C zu den Berührungspunkten P1, P2 und P3 in 5 als A1, A2 bzw. A3 gezeigt. Die Übergangsfläche 176 berührt nicht den sphärischen Bereich 122 des Kugelzapfens 120 und stellt sicher, dass die gesamte Herausziehkraft durch die zuvor erwähnten Berührungspunkte auf die elastischen Zungen 130 übertragen wird.
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Die trigonometrischen Beziehungen zwischen den oben beschriebenen Abständen gestatten es dem Kugelzapfen 120, einen beispielhaften Ausziehwiderstand aufzuweisen, während gleichzeitig ein Einstecken des Kugelzapfens mit vergleichsweise geringer Anstrengung gestattet ist. Um diese Eigenschaften zu erreichen, ist der Abstand H1 in etwa gleich dem Radius R. H2 währenddessen ist größer oder gleichgroß zu H1. Je größer der Unterschied zwischen H2 und H1 ist, desto mehr ist es möglich, eine Außenmanschette 160 zu verwenden, die weniger elastisch ist. Das Verhältnis von H1/A1 ist größer als oder gleich groß wie H3/A3. Schließlich ist H3/A3 größer als H2/A2.
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Die Konfiguration der Kugelpfanne 100 ist also derart, dass wenn eine Ausziehkraft auf den Kugelzapfen 120 ausgeübt wird, die Kraft nicht entlang der Tangentenlinie wie in Kugelpfannen aus dem Stand der Technik gerichtet wird. Vielmehr wird die Kraft auf die elastischen Zungen 130 entlang Linien ausgeübt, die von dem Mittelpunkt C zu dem oberen Berührungspunkt P1 und dem unteren Berührungspunkt P2 verlaufen, und dadurch die Momentenkraft verringern, die direkt auf die Basis der elastischen Zunge 130 ausgeübt wird und duale Momentenkräfte erzeugt.
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6 und 7 zeigen die Biegemomente, die während des Einsteckens des Kugelzapfens 120 erzeugt werden und wenn der Kugelzapfen einer Ausziehkraft ausgesetzt wird.
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Wie in 6 gezeigt, wird nur eine einzelne Biegemomentkraft (gezeigt durch Pfeil M) an der Basis der elastischen Zungen 130 ausgeübt, wenn der Kugelzapfen 120 in die Kugelpfanne 100 gesteckt wird. Das einzelne Biegemoment und die freie Drehung der elastischen Zungen 130 führt zu einem leichten Einstecken des Kugelzapfens 120 in die Pfanne 110.
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7 zeigt die Pfanne 110 unter Last. Die elastischen Zungen 130 verformen sich in einer bogenförmigen Form, wobei der Abschnitt zwischen der Schenkelfläche 170 und der Manschette 160 sich nach oben in die allgemeine Richtung des Schaftes 124 verformt. Solche bogenförmige Verformung tritt unter Ausziehlasten auf, die signifikant höher sind als diejenigen, die während eines normalen Betriebs und während einer extremen Schwingungsschocklast erfahren werden. Die Basis der elastischen Zungen 130 biegt sich in die Richtung der Ausziehkraft, weil der kurze Steg 162 den Schaft 124 vom Tangentenpunkt 202 her berührt. Der lange Steg 164 jedoch berührt den sphärischen Bereich 122 von dem Tangentenpunkt 202 und hält diese biegende Drehung auf. Das Endergebnis ist eine doppelte Biegung in der elastischen Zunge 130 und der bogenförmigen Verformung, welche in größerem Maße einem Herausziehen widersteht. Solch eine Konfiguration bringt die elastischen Zungen nicht nur in Kompression, wie im Stand der Technik, sondern auch in ein doppeltes biegendes drehendes Moment, das einem Herausziehen einen größeren Widerstand entgegensetzt (siehe durch Pfeile M in 7 angezeigte doppelte Momentenkräfte), wodurch es der Pfanne 110 gestattet ist, einem Versagen bis zu viel höheren Lasten als Kugelpfannen aus dem Stand der Technik zu widerstehen. In der gezeigten Ausführungsform sind Materialstärke, Dicke von Außenmanschetten 160 und elastischen Zungen 130 die primären bestimmenden Faktoren für ein Herausziehen. Eine Reibungsvarianz zwischen dem Kugelzapfen 120 und der Pfanne 110 sind als ein Faktor im Wesentlichen eliminiert, denn, wenn die elastischen Zungen 130 sich verformen, wird der innere Durchmesser D reduziert und schließt hinter dem sphärischen Bereich 122, was ein Hindurchrutschen verhindert und erfordert, dass die elastischen Zungen 130 versagen, um den Kugelzapfen 120 zu entfernen.
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Typischerweise ist es wünschenswert, dass eine Einsteckkraft eines Kugelzapfens in eine Pfanne in eine kraftfahrtechnische Scheinwerferbaugruppe geringer als 125 N ist, um einen Zusammenbau per Hand zu gestatten. Kugelpfannen aus dem Stand der Technik sind aufgrund ihrer Konstruktion nicht in der Lage, eine derartig geringe Einsteckkraft zu ermöglichen, ohne einen geringen Ausziehwiderstand zu opfern. Als ein Ergebnis ist die typische Einsteckkraft für eine Kugelpfanne aus dem Stand der Technik (wenn ein voller runder Plastikkugelzapfen verwendet wird), etwa 199 N, wenn die Pfanne aus einem Polyoxymethylen („POM”) Plastik mit einem relativ flexiblen Elastizitätsmodul von etwa 1300 MPa gefertigt ist.
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Die Kugelpfanne der vorliegenden Erfindung 100 beinhaltet keine mittleren Bereiche, die die elastischen Zungen 130 mit der Basis der Pfanne verbinden. Die elastischen Zungen 130 biegen sich in einer Richtung wie ein normaler ausragender Schaft. Der Widerstand gegen ein Biegen in die Richtung des Einsteckens des Kugelzapfens ist zum größten Teil durch die Länge und Dicke der elastischen Zungen 130 bestimmt. Daher erzielt die Kugelpfanne der vorliegenden Erfindung 100, sogar wenn ein starreres POM-Material verwendet wird, beispielsweise eines, das einen Elastizitätsmodul von etwa 3000 MPa aufweist, eine durchschnittliche Einsteckkraft (wenn ein voller runder Plastikkugelzapfen verwendet wird) von etwa 80 N. Sobald der Kugelzapfen installiert ist, schnappen die elastischen Zungen 130 zurück in die in 4 gezeigte Position und die Schenkelfläche 170 berührt den Kugelzapfen auf beiden Seiten des zuvor erwähnten Tangentenpunktes.
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Die Ausziehkraft ist teilweise durch die überall vorhandene durchmesserbezogene Interferenz zwischen dem äußeren Durchmesser des Kugelzapfens 120 und dem Durchmesser D der elastischen Zungen 130 bestimmt. Wenn diese Interferenz in einer Kugelpfanne des Standes der Technik in Spritzguss gefertigt wird, wird eine Werkzeugstahlunterschneidung erforderlich. Ein Kernpinwerkzeugstahl bildet diese Merkmale, aber das Plastikmaterial der Pfanne 110 muss die elastische Fähigkeit aufweisen, um über den Werkzeugstahl beim Auswerfen von der Form sich in derselben Weise zu erstrecken, wie wenn der Kugelzapfen 120 aus der Pfanne herausgezogen wird. Eine durchmesserbezogene Interferenz ist daher bei Kugelpfannen aus dem Stand der Technik aufgrund der Materialelastizität und des Unterschneidungsverfahrens beim Herstellen der Pfanne begrenzt. Die verfügbaren elastischen Materialien haben im Allgemeinen eine geringere Steifigkeit und geringere Stärke, und dieses begrenzt die Herausziehkraft bei Entwürfen des Standes der Technik. Ein für Kugelpfannen aus dem Stand der Technik verwendetes Material ist beispielsweise ein POM Plastik mit einem recht flexiblen Elastizitätsmodul von 1300 MPa. Eine typische Herausziehkraft für Kugelpfannen aus dem Stand der Technik (für eine volle runde Plastikkugelpfanne) mit diesem Material beträgt 317 N. Einige Anwendungen auf dem Gebiet kraftfahrtechnischer Scheinwerfer erfordern nun über 440 N Ausziehkraft und der Entwurf aus dem Stand der Technik ist nicht in der Lage, einen derartigen Widerstand gegen eine Ausziehkraft mit einem vollen runden Plastikballzapfen zu erreichen, ohne es im Wesentlichen unmöglich zu machen, den Kugelzapfen einzustecken.
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Die Ausziehkraft einer erfindungsgemäßen Pfanne 110 ist auch vergrößert, weil die elastischen Zungen 130 nicht geformt werden müssen, indem das Unterschneideverfahren als Herstellungsverfahren verwendet wird. Stattdessen kann die gewünschte durchmesserbezogene Interferenz für ein Herausziehen mit einem passenden Werkzeugstahl gebildet werden. Ein starreres POM-Plastik mit einem höheren Elastizitätsmodul von 3000 MPa kann daher ebenso verwendet werden wie größere Interferenzgrade. Beim Testen von Prototypen beträgt die durchschnittliche Herausziehkraft für einen vollen runden Plastikkugelzapfen und eine erfindungsgemäße Pfanne, die mit einem derartigen Material hergestellt wurde, 700 N.
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8 und 9 zeigen zwei alternative Ausführungsformen der Pfanne 110. In 8 ist die Pfanne 110 an ein Loch 302 in einem Blatt eines Materials 300 durch eine Mehrzahl von Rückhaltezungen 310 gesichert, was es der Pfanne gestattet, in das Loch eingeschnappt zu werden. Die Rückhaltezungen 310 umfassen Ausschneidungen 312, die die Pfanne 110 mit dem Material 300 verschnappen. Wie am besten in 8D gesehen werden kann, dienen die Rückhaltezungen 310 auch einer ähnlichen Funktion wie die Haltestege 140 in der in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsform – sie bilden die Kavität, in welcher die Kugel angeordnet wird, wenn sie sich im Eingriff in der Pfanne 110 befindet. Nachdem der Kugelzapfen 120 eingesteckt ist, sind die Rückhaltezungen 310 davon abgehalten, sich weiter nach innen zu bewegen, was ferner die Pfanne 110 am Material 300 sichert. In 9 ist die Pfanne 110 in ihrem gewünschten Ort (ein Loch in einem dickeren Blatt oder eine Prägestruktur) über eine Einsteck-Klemme 400 gesichert.
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Solch ein klemmenrückhaltendes Merkmal ist beispielsweise im
US-Patent Nr. 7,845,837 gezeigt, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Anders als das Verfahren, die Pfanne
110 an einem Material oder Loch zu sichern, funktionieren die vorangegangenen zwei Ausführungsformen in der gleichen Weise wie die Ausführungsform in
1 bis
7. Selbstverständlich können andere Verfahren zum Sichern der Pfanne
110 verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Ferner kann die Pfanne
110 auch direkt als ein Teil einer anderen Baugruppe geformt werden.
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Obwohl die Erfindung hier in der Weise beschrieben ist, was als die praktischsten und bevorzugtesten Ausführungsformen wahrgenommen wird, ist es zu verstehen, dass es nicht beabsichtigt ist, dass die Erfindung auf die oben dargelegten spezifischen Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr wird es erkannt, dass durch einen Fachmann Abwandlungen von der Erfindung gemacht werden können, ohne vom Geist oder der Absicht der Erfindung abzuweichen, und daher ist die Erfindung so zu verstehen, dass sie alle vernünftigen Äquivalente zum Gegenstand der angehängten Ansprüche und der Beschreibung der Erfindung hierin umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5707133 [0003]
- US 5360282 [0004, 0006]
- US 6113301 [0005]
- US 6247868 [0005]
- US 6758622 [0005, 0005, 0006]
- US 4689725 [0005]
- US 5186531 [0005]
- US 7845837 [0043]
