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Die Erfindung betrifft eine Scaneinrichtung gemäß Patentanspruch 1.
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Es ist eine Scaneinrichtung bekannt, die einen Sender, einen Empfänger und einen Antriebsmotor aufweist, wobei der Sender, der Empfänger und der Antriebsmotor bezogen auf eine gemeinsame Drehachse in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine in axialer Richtung besonders kompakte Scaneinrichtung bereitzustellen.
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Diese Ausgestaltung wird mittels einer Scaneinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine verbesserte Scaneinrichtung dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Scaneinrichtung einen Sender, einen Empfänger und einen Rotor aufweist. Der Rotor ist drehbar um eine Drehachse lagerbar. Der Sender ist ausgebildet, zumindest zeitweise eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der Empfänger ist ausgebildet, zumindest einen Teil der von einem Objekt reflektierten und/oder gestreuten elektromagnetischen Strahlung zu erfassen. Der Sender und der Empfänger sind an dem Rotor angeordnet. Der Sender und der Empfänger sind bezogen auf die Drehachse zumindest teilweise axial überlappend angeordnet. Dadurch kann eine besonders kompakte und in axialer Richtung schlanke Ausgestaltung der Scaneinrichtung gewährleistet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Scaneinrichtung einen Antriebsmotor auf. Der Antriebsmotor umfasst wenigstens ein Mittel zur Erzeugung eines Drehmoments. Das Mittel ist zumindest teilweise axial überlappend zu dem Sender und/oder zu dem Empfänger angeordnet. Dadurch kann die Scaneinrichtung in axialer Richtung besonders schlank ausgebildet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der Sender, der Empfänger und das Mittel gemeinsam an dem Rotor angeordnet. Dadurch kann eine Bauteilanzahl der Scaneinrichtung besonders niedrig gehalten werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Antriebsmotor einen Stator auf. Der Stator ist zumindest teilweise axial überlappend zu dem Sender und/oder zu dem Empfänger angeordnet. Der Stator ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise radial zwischen dem Mittel und dem Sender und/oder Empfänger angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel drehbar um eine weitere Drehachse gelagert angeordnet. Der Rotor ist mittels einer drehmomentschlüssigen Verbindung mit dem Mittel drehmomentschlüssig gekoppelt. Dadurch kann die Scaneinrichtung optimal an einen vorhandenen Bauraum angepasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die drehmomentschlüssige Verbindung eine mit dem Mittel gekoppelte erste Verzahnung und eine mit dem Rotor gekoppelte zweite Verzahnung auf, wobei die erste Verzahnung kämmend in die zweite Verzahnung eingreift. Zusätzlich oder alternativ weist die drehmomentschlüssige Verbindung wenigstens eine mit dem Mittel drehmomentschlüssig gekoppelte erste Scheibe und eine mit dem Rotor drehmomentschlüssig gekoppelte zweite Scheibe und ein Koppelmittel auf, wobei die erste Scheibe mittels des Koppelmittels, insbesondere einer Kette oder eines Riemens, mit der zweiten Scheibe zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor und dem Mittel gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ weist die drehmomentschlüssige Verbindung ein mit dem Mittel gekoppeltes Pumpenrad und ein mit dem Rotor gekoppeltes Turbinenrad auf, wobei das Pumpenrad fluiddynamisch, insbesondere gasdynamisch und/oder hydrodynamisch mit dem Pumpenrad gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ koppelt die drehmomentschlüssige Verbindung induktiv den Rotor mit dem Mittel.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Drehachse und die weitere Drehachse parallel zueinander angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel radial außenseitig oder radial innenseitig zum Sender und/oder zum Empfänger bezogen auf die Drehachse angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Sender radial versetzt zu dem Empfänger und radial versetzt zu dem Mittel bezogen auf die Drehachse angeordnet. Vorzugsweise ist der Sender radial innenseitig oder radial außenseitig bezogen auf die Drehachse zum Empfänger angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der Sender in Umfangsrichtung versetzt bezogen auf die Drehachse zu dem Empfänger angeordnet. Vorzugsweise sind der Sender und der Empfänger radial auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mittel wenigstens eine Spule und/oder einen Permanentmagneten und/oder eine Anordnung von Spulen und/oder eine Anordnung von Permanentmagneten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
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4 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
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5 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
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6 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
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7 einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Die Scaneinrichtung 10 weist einen Rotor 15, einen Sender 20, einen Empfänger 25 und einen Antriebsmotor 30 auf. Der Rotor 15 ist drehbar um eine Drehachse 35 drehbar gelagert.
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Der Rotor 15 weist einen Scheibenabschnitt 40 und vorzugsweise einen Wellenabschnitt 45 auf. Der Wellenabschnitt 45 ist drehmomentschlüssig mit dem Scheibenabschnitt 40 verbunden. Der Scheibenabschnitt 40 erstreckt sich beispielhaft radial senkrecht zu der Drehachse 35. Auf einer gemeinsamen Stirnseite 46 des Scheibenabschnitts 40 sind der Sender 20 und der Empfänger 25 axial überlappend angeordnet. Dabei wird unter einer axialen Überlappung verstanden, dass bei einer Projektion von wenigstens zwei Komponenten in radialer Richtung, beispielsweise in der Ausführungsform des Senders 20 und des Empfängers 25, in eine Ebene, in der die Drehachse 35 angeordnet ist, diese Komponenten, in der Ausführungsform beispielhaft der Sender 20 und der Empfänger 25, sich zumindest teilweise überdecken. In der Ausführungsform sind der Sender 20 und der Empfänger 25 beispielhaft in axialer Richtung gleich breit ausgebildet und überlappen sich in der Ausführungsform beispielhaft vollständig. Selbstverständlich ist auch nur eine teilweise Überlappung des Senders 20 und des Empfängers 25 denkbar.
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Der Sender 20 ist in Umfangsrichtung versetzt zu dem Empfänger 25 bezogen auf die Drehachse 35 angeordnet. Dabei sind der Sender 20 und der Empfänger 25 vorzugsweise auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse 35 angeordnet. Selbstverständlich kann der Sender 20 in radialer Richtung versetzt bezogen auf die Drehachse 35 zu dem Empfänger 25 angeordnet sein. Auch ist denkbar, dass der Sender 20 radial innenseitig oder radial außenseitig bezogen auf die Drehachse 35 zu dem Empfänger 25 angeordnet ist.
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Der Antriebsmotor 30 ist axial versetzt zu dem Sender 20 und Empfänger 25 angeordnet. Der Antriebsmotor 30 kann beispielsweise als bürstenloser Motor, insbesondere als Innenläufer oder auch als Außenläufer ausgebildet sein. Alternativ ist auch denkbar, dass der Antriebsmotor 30 als Bürstenmotor ausgebildet ist. Der Antriebsmotor 30 weist einen Antriebsrotor 49, einen Stator 51 und eine Abtriebswelle 53 auf. Die Abtriebswelle 53 bildet eine Ausgangsseite 52 des Antriebsmotors 30 aus und ist mit dem Antriebsrotor 49 drehmomentschlüssig verbunden. Die Abtriebswelle 53 ist mittels einer drehmomentschlüssigen Verbindung 54 mit dem Rotor 15 verbunden. Die drehmomentschlüssige Verbindung 54 kann beispielsweise als Kupplung ausgebildet sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Abtriebswelle 53 und der Wellenabschnitt 45 einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind. Der Antriebsrotor 49 ist drehbar um die Drehachse 35 lagerbar. Der Stator 51 kann beispielsweise eine erste Spule und/oder einen Permanentmagneten aufweisen, die im Betrieb des Antriebsmotors 30 zumindest ein erstes Magnetfeld bereitstellen. Der Antriebsrotor 49 weist ein Mittel 50 zur Bereitstellung eines zweiten Magnetfelds auf. Das Mittel 50 kann beispielsweise eine zweite Spule und/oder einen Permanentmagneten und/oder eine Anordnung von Spulen und/oder eine Anordnung von Permanentmagneten aufweisen. Das Mittel 50 und der Stator 51 treten im Betrieb des Antriebsmotors 30 in bekannter Weise in Wirkverbindung und stellen ein Drehmoment an der Ausgangsseite 52 des Antriebsmotors 30 bereit. Das Drehmoment dient dazu, den Rotor 15 in Rotation um die Drehachse 35 zu versetzen.
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Der Sender 20 ist über eine erste Verbindung 55 mit einer Sendeeinrichtung 60 verbunden. Der Empfänger 25 ist über eine zweite Verbindung 65 mit einer Auswerteeinrichtung 70 verbunden. Der Sender 20 kann beispielsweise eine Laserdiode oder eine LED und der Empfänger 25 ein lichtempfindliches Element aufweisen. Alternativ kann der Sender 20 und/oder der Empfänger 25 eine Antenne aufweisen.
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Im Betrieb der Scaneinrichtung 10 ist der Antriebsmotor 30 aktiviert, sodass der Rotor 15 um die Drehachse 35 mit vorzugsweise einer vordefinierten konstanten Drehzahl rotiert. Ferner steuert die Sendeeinrichtung 60 über die erste Verbindung 55 den Sender 20 derartig an, dass der Sender 20 eine elektromagnetische Strahlung 75 emittiert. Die emittierte elektromagnetische Strahlung 75 weist vorzugsweise eine Frequenz mit einem Wert auf, der vorzugsweise in einem Bereich von 300 MHz bis 130 GHz und/oder 384 THz bis 789 THz liegt. Der Bereich von 300 MHz bis 130 GHz entspricht dabei einer Frequenz der elektromagnetischen Strahlung im Radarband. Der Bereich von 384 THz bis 789 THz liegt in einem Frequenzband von Licht.
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Die elektromagnetische Strahlung 75 wird in eine vom Antriebsmotor 30 abgewandte Richtung, vorzugsweise gerichtet in eine Umgebung 79, abgestrahlt. Durch die Rotation des Rotors 15 um die Drehachse 35 wird der Bereich der Umgebung 79, in den die elektromagnetische Strahlung 75 abgestrahlt wird, verändert. Die elektromagnetische Strahlung 75 trifft, sofern vorhanden, auf ein Objekt 80. Das Objekt 80 reflektiert und/oder streut zumindest einen Teil 76 der auf das Objekt 80 treffenden elektromagnetischen Strahlung 75 in Richtung der Scaneinrichtung 10 zurück.
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Der Empfänger 25 rotiert gemeinsam mit dem Sender 20 um die Drehachse 35 und wird während der Rotation um die Drehachse 35 auf unterschiedliche Bereiche der Umgebung 79 gerichtet. Der Empfänger 25 erfasst die aus der Umgebung 79 auf den Empfänger 25 treffende elektromagnetische Strahlung 76. Der Empfänger 25 stellt ein korrespondierend zur erfassten elektromagnetischen Strahlung 75 ausgebildetes Empfängersignal über die zweite Verbindung 65 an die Auswerteeinrichtung 70 bereit. Die Auswerteeinrichtung 70 wertet das Empfängersignal aus.
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Durch die axial überlappende Anordnung des Senders 20 und des Empfängers 25 ist die Scaneinrichtung 10 in axialer Richtung besonders schlank ausgebildet. Ferner kann auf weitere optische Einrichtungen, insbesondere auf Reflexionseinrichtungen wie etwa (rotierende) Spiegel, Prisma oder Ähnliches, verzichtet werden, sodass die Scaneinrichtung 10 besonders einfach ausgestaltet ist. Dadurch eignet sich die Scaneinrichtung insbesondere zur Erfassung einer Umgebung 79 eines Kraftfahrzeugs.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Scaneinrichtung 10 ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Scaneinrichtung 10 ausgebildet. Abweichend dazu sind das Mittel, der Sender 20 und der Empfänger 25 axial überlappend angeordnet. Ferner ist der Antriebsmotor 30 radial innenseitig zum Sender 20 und Empfänger 25 angeordnet. Diese Ausgestaltung ist besonders von Vorteil, wenn der Antriebsmotor 30 anstatt der in 1 gezeigten Ausgestaltung als Innenläufer als Außenläufer ausgebildet ist. Dadurch kann gegenüber der in 1 gezeigten Ausgestaltung am Rotor 15 auf den Wellenabschnitt 45 verzichtet werden, sodass der Rotor 15 direkt mit dem Antriebsrotor 49 des Antriebsmotors 30 verbunden ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Scaneinrichtung 10 eine besonders geringe Bauteilanzahl aufweist und in axialer Richtung besonders kompakt ausgebildet ist. Ferner wird eine besonders wartungsarme Scaneinrichtung 10 bereitgestellt.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Scaneinrichtung 10 ist ähnlich zu der in 2 gezeigten Scaneinrichtung 10 ausgebildet. Der Antriebsmotor 30 ist radial außenseitig zum Empfänger 25 und Sender 20 angeordnet. Abweichend dazu ist das Mittel 50 radial außenseitig am Scheibenabschnitt 40 des Rotors 15 angeordnet. Der Scheibenabschnitt 40 ist beispielhaft topfförmig ausgebildet. Radial zwischen dem Sender 20 und/oder dem Empfänger 25 und dem Mittel 50 ist zumindest ein Teil des Stators 51 angeordnet, der axial überlappend mit dem Sender 20, dem Empfänger 25 und dem Mittel 50 bezogen auf die Drehachse 35 angeordnet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Scaneinrichtung 10 besonders kompakt in axialer Richtung ausgestaltet ist.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Scaneinrichtung 10 ist ähnlich zu der in den 1 bis 3 gezeigten Scaneinrichtungen 10 ausgebildet. Abweichend ist der Antriebsmotor 30 exzentrisch bezogen auf die Drehachse 35 angeordnet, sodass die Drehachse 35 und eine weitere Drehachse 99 axial versetzt zueinander angeordnet sind. Der Antriebsrotor 49 des Antriebsmotors 30 ist drehbar um eine weitere Drehachse 99 gelagert. Die Drehachse 35 und die weitere Drehachse 99 sind in der Ausführungsform parallel zueinander angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Drehachse 35 und die weitere Drehachse 99 schräg oder senkrecht zueinander angeordnet sind.
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Der Antriebsmotor 30, insbesondere das Mittel 50, ist beispielhaft axial überlappend zu dem Sender 20 und dem Empfänger 25 bezogen die Drehachse 35 angeordnet. Ferner ist in der Ausführungsform der Stator 51 vollständig axial überlappend zu dem Sender 20 und dem Empfänger 25 angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Stator 51 nur teilweise überlappend zum Sender 20 und/oder zum Empfänger 25 angeordnet ist. Dadurch weist die Scaneinrichtung 10 eine besonders in axialer Richtung kompakte Ausgestaltung auf.
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Abweichend zu 1 weist die drehmomentschlüssige Verbindung 54 zur Verbindung des Antriebsmotors 30 mit dem Rotor 15 eine mit der Abtriebswelle 53 drehmomentschlüssig gekoppelte erste Scheibe 100, eine mit dem Wellenabschnitt 45 auf einer zum Sender 20 und Empfänger 25 abgewandten Seite des Scheibenabschnitts 40 angeordnete zweite Scheibe 105 und ein Koppelmittel 110 auf. Das Koppelmittel 110 ist mit der ersten Scheibe 100 und mit der zweiten Scheibe 105 verbunden und koppelt drehmomentschlüssig die erste Scheibe 100 mit der zweiten Scheibe 105. Das Koppelmittel 110 kann beispielsweise als Riemen oder als Kette ausgebildet sein. In der Ausgestaltung als Kette weisen jeweils korrespondierend zu der konstruktiven Ausgestaltung des Koppelmittels 110 die erste Scheibe 100 und die zweite Scheibe 105 beispielsweise jeweils eine entsprechend ausgebildete Verzahnung auf, in die die Kette eingreift.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer fünften Ausführungsform. Die Scaneinrichtung 10 ist im Wesentlichen identisch zu der in 4 gezeigten Scaneinrichtung 10 ausgebildet. Abweichend dazu ist die drehmomentschlüssige Verbindung 54 dahingehend abweichend ausgestaltet, dass die drehmomentschlüssige Verbindung 54 anstatt der ersten Scheibe 100 ein Pumpenrad 200 und anstatt der in 4 gezeigten zweiten Scheibe 105 ein Turbinenrad 205 aufweist. Zwischen dem Pumpenrad 200 und dem Turbinenrad 205 ist beispielhaft eine fluidische Verbindung 210 vorgesehen. Die fluidische Verbindung 210 ist in 5 beispielhaft als Kanal ausgebildet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das Pumpenrad 200 und das Turbinenrad 205 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und die fluidische Verbindung 210 durch die gemeinsame Anordnung in dem Gehäuse ausgebildet wird. Ferner ist ein Fluid 215 im Bereich der fluidischen Verbindung 210, des Pumpenrads 200 und des Turbinienrads 205 vorgesehen. Vorzugsweise ist das Fluid 215 überwiegend ein Gas oder überwiegend eine Flüssigkeit.
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Im Betrieb der Scaneinrichtung 10 wird das Drehmoment kommend von der Abtriebswelle 53 des Antriebsmotors 30 über fluiddynamische Effekte, vorzugsweise über gasdynamische oder hydrodynamische Effekte, zwischen dem Pumpenrad 200 und dem Turbinenrad 205 übertragen. Dadurch ist das Pumpenrad 200 drehmomentschlüssig mit dem Turbinenrad 205 gekoppelt. Die fluidische Kopplung zwischen Pumpenrad 200 und Turbinenrad 205 hat ferner den Vorteil, dass Schwingungen des Antriebsmotors 30, insbesondere Drehschwingungen entstehend beispielsweise beim Polübergang am Stator 51, nicht an den Rotor 15 übertragen werden und somit der Rotor 15 besonders drehschwingungsarm um die Drehachse 35 rotiert.
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6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die Scaneinrichtung 10 ist ähnlich zu der in den 4 und 5 gezeigten Ausgestaltung der Scaneinrichtung 10 ausgebildet. Abweichend dazu weist die drehmomentschlüssige Verbindung 54 ausschließlich die erste Scheibe 100 und die zweite Scheibe 105 auf, wobei die Scheiben 100, 105 axial überlappend zur Drehachse 35 angeordnet sind und in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse 35 angrenzend angeordnet sind. In der Ausführungsform weist beispielhaft die erste Scheibe 100 vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Magnete 300 auf. Die Magnete 300 stellen ein weiteres Magnetfeld bereit. Die zweite Scheibe 105 weist in der Ausführungsform einen elektrisch leitenden Werkstoff auf.
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Im Betrieb der Scaneinrichtung 10 wird das Drehmoment von der Ausgangsseite 52 des Antriebsmotors 30 durch die Erzeugung von Wirbelströmen durch das weitere Magnetfeld der Magnete 300 in der zweiten Scheibe 105 drehmomentschlüssig mit der ersten Scheibe 100 mitgenommen. Durch diese induktive Kopplung der beiden Scheiben 100, 105 wird vermieden, dass Drehschwingungen, die beispielsweise am Polübergang in dem Antriebsmotor 30 auftreten, an den Rotor 15 übertragen werden, sodass der Rotor 15 besonders drehschwingungsarm um die Drehachse 35 rotiert.
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7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scaneinrichtung 10 gemäß einer siebten Ausführungsform. Die Scaneinrichtung 10 ist ähnlich zu der in den 4 bis 6 gezeigten Ausgestaltung ausgebildet. Abweichend dazu weist die drehmomentschlüssige Verbindung 54 eine erste Verzahnung 400 und eine zweite Verzahnung 405 auf. Ferner ist beispielhaft der Antriebsmotor 30 als Außenläufer ausgebildet. Beispielhaft ist die erste Verzahnung 400 an einem Gehäuse 410 des Antriebsrotors 49 des Antriebsmotors 30 angeordnet. Das Gehäuse 410 ist mit dem Mittel 50 verbunden. Die zweite Verzahnung 405 ist radial außenseitig am Scheibenabschnitt 40 des Rotors 15 angeordnet. Der Scheibenabschnitt 40 kann hierzu topfförmig ausgebildet sein. Die erste Verzahnung 400 greift kämmend in die zweite Verzahnung 405 zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gehäuse 410 und dem Rotor 15 ein. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein möglicher Schlupf bzw. eine Drehzahldifferenz zwischen der Ausgangsseite 52 und dem Rotor 15 vermieden wird.
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Anstatt der oben beschriebenen ersten Verzahnung 400 kann auch eine erste Reibfläche und anstatt der zweiten Verzahnung 405 eine zweite Reibfläche vorgesehen sein, wobei die erste Reibfläche an der zweiten Reibfläche anliegt und ein Reibschluss zwischen der ersten Reibfläche und der zweiten Reibfläche vorliegt. Dabei kann die erste Reibfläche beispielsweise zylindrisch um die weitere Drehachse 99 und die zweite Reibfläche zylindrisch um die Drehachse 35 geführt sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der in den 1 bis 7 beschriebenen Scaneinrichtungen 10 selbstverständlich einzeln oder auch ein Teil der Merkmale der verschiedenen Scaneinrichtungen 10 miteinander kombiniert werden können.
