DE102019103400A1

DE102019103400A1 - Optikmodul mit einer Lagereinrichtung für eine Detektionsvorrichtung sowie Detektionsvorrichtung mit dem Optikmodul

Info

Publication number: DE102019103400A1
Application number: DE102019103400.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Lang; Frank Sturm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Im Rahmen der Entwicklung von autonom fahrenden Kraftfahrzeugen werden verschiedene Sensoren zum Erkennen der Fahrzeugumgebung benötigt. Für das Scannen der entfernteren Umgebung werden unter anderem Lidar-Sensoren eingesetzt. Diese Sensoren führen eine 360°-Drehbewegung bei mittlerer konstanter Drehzahl aus. Für eine gleichmäßige reibungsarme Drehbewegung ist der drehbare Teil des Sensors wälzkörpergelagert. Aufgrund der hier vorgestellten Konstruktion ist das Wälzkörperlager axial belastet. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Optikmodul für eine Detektionsvorrichtung mit einer verbesserten Lagereinrichtung vorzuschlagen.Hierzu wird ein Optikmodul 4 für eine Detektionsvorrichtung 1 vorgeschlagen, mit mindestens einer Optikkomponente 5, mit mindestens einer Stützkonstruktion 7 und mit einer Lagereinrichtung 6a,b, wobei die Optikkomponente 5 über die Lagereinrichtung 6a,b an der Stützkonstruktion 7 gelagert ist, wobei die Lagereinrichtung 6a,b eine Mehrzahl von Wälzkörpern 10 sowie einen Innenring 8 und einen Außenring 9 als Laufringe für die Wälzkörper 10 aufweist, wobei mindestens einer der Laufringe als ein Drahtringlaufring 11a,b ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Optikmodul für eine Detektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Detektionsvorrichtung mit dem Optikmodul.
Im Rahmen der Entwicklung von autonom fahrenden Kraftwagen werden verschiedene Sensoren zum Erkennen der Fahrzeugumgebung benötigt. Für das Scannen der entfernteren Umgebung werden Lidar-Sensoren eingesetzt. Diese Sensoren führen eine 360°-Drehbewegung bei konstanter Drehzahl aus. Für eine gleichmäßige reibungsarme Drehbewegung ist der drehbare Teil des Sensors wälzkörpergelagert.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2016 011 327 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, eine derartige optische Detektionseinrichtung zur Anordnung in einem Fahrzeug zur Detektion von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs, mit mindestens einem Sender zum Senden von elektromagnetischer Strahlung in eine beobachtete Zone; mit wenigstens einem Empfänger zum Empfangen von aus der beobachteten Zone reflektierter Strahlung; mit einer optischen Anordnung mit einer ersten Optik für den Sender zum Leiten der Strahlung in die beobachtete Zone und einem Antrieb zum Rotieren wenigstens der optischen Anordnung. Die optische Anordnung ist gemäß der Beschreibung über ein Wälzkörperlager gelagert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Optikmodul für eine Detektionsvorrichtung mit einer verbesserten Lagereinrichtung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch ein Optikmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Detektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist ein Optikmodul, welches für eine Detektionsvorrichtung geeignet und/oder ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Detektionsvorrichtung als ein Lidar-Sensor (light detection and ranging) und/oder als ein Ladar-Sensor (laser detection and ranging) ausgebildet. Die Detektionsvorrichtung kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden und dient zum Erkennen der Fahrzeugumgebung, um zum Beispiel autonomes Fahren zu unterstützen. Die Detektionsvorrichtung scannt mit elektrmoamagnetischer Strahlung als Messstrahlung den Messbereich, insbesondere die Umgebung, ab und empfängt Empfangsstrahlung aus dem Messbereich, insbesondere aus der Umgebung, die als reflektierte oder gestreute Messstrahlung ausgebildet ist.
Das Optikmodul dient insbesondere zur Strahlführung optional auch zur Strahlformung der elektromagnetischen Strahlung der Detektionsvorrichtung, insbesondere von der Messstrahlung und/oder der Empfangsstrahlung aus dem Messbereich. Das Detektionsmodul ist besonders bevorzugt als ein Scannermodul mit einer Scannerachse ausgebildet, wobei das Optikmodul die Messstrahlung scannend über den Messbereich führt und/oder die Empfangsstrahlung aus dem Messbereich scannend aufnimmt. Die Scannerachse definiert eine Hauptachse des Optikmoduls.
Das Optikmodul umfasst mindestens eine Optikkomponente. Die Optikkomponente kann beispielsweise als ein Umlenk- und/oder Scannerspiegel oder als ein Umlenk- und/oder Scannerprisma ausgebildet sein. Funktional betrachtet hat die Optikkomponente die Aufgabe, axial verlaufende Messstrahlung in eine radiale Richtung umzulenken und/oder radial verlaufende Empfangsstrahlung in eine axiale Richtung umzulenken. Die Optikkomponente kann insbesondere als eine Senderoptikkomponente oder als eine Empfängeroptikkomponente ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass das Optikmodul beide Optikkomponenten aufweist oder dass diese als eine gemeinsame Optikkomponente ausgebildet sind.
Das Optikmodul weist eine Stützkonstruktion auf, wobei die Stützkonstruktion beispielsweise als ein Gehäuseabschnitt ausgebildet ist. Die Stützkonstruktion bildet einen stationären Abschnitt der Detektionsvorrichtung.
Das Optikmodul weist eine Lagereinrichtung auf, wobei die mindestens eine Optikkomponente über die Lagereinrichtung an der Stützkonstruktion gelagert ist. Über die Lagereinrichtung kann die mindestens eine Optikkomponente um die Hauptachse gedreht werden. Dabei ist es prinzipiell möglich, dass die Drehung als eine oszillierende Bewegung ausgebildet ist, es ist jedoch bevorzugt, dass die Drehung als eine Endlosdrehung und/oder als eine 360°-Drehbewegung ausgebildet ist. Vorzugsweise erfolgt die Drehbewegung mit einer konstanten Drehzahl, die mehrere 100 U/min, vorzugsweise 600 U/min beträgt. Aufgrund der Einbaulage der Lagereinrichtung in dem Optikmodul ist das Wälzkörperlager durch die Schwerkraft des zu lagernden Optikmoduls axial in einer Richtung dauerhaft belastet.
Vorzugsweise ist die Hauptachse als eine Vertikalachse ausgebildet. Damit können die Detektionsvorrichtung und/oder das Optikmodul einen 360°-Blickwinkel in dem Messbereich, insbesondere um das Fahrzeug aufnehmen. Die Lagereinrichtung weist in Bezug auf die Vertikalachse eine Oberseite und eine Unterseite bzw. Bodenseite auf. Es ist bevorzugt, dass bezogen auf die Vertikalachse mindestens eine derartige Lagereinrichtung unterhalb der Optikkomponente angeordnet ist. Insbesondere ist bei dieser Lagereinrichtung die Oberseite der Lagereinrichtung der Optikkomponente zugewandt und die Bodenseite der Optikkomponente abgewandt. Alternativ oder ergänzend ist bezogen auf die Vertikalachse mindestens eine derartige Lagereinrichtung oberhalb der Optikkomponente angeordnet. Insbesondere ist bei dieser Lagereinrichtung die Oberseite der Lagereinrichtung der Optikkomponente abgewandt und die Bodenseite der Optikkomponente zugewandt.
Die Lagereinrichtung weist eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf. Vorzugsweise sind die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet. Insbesondere ist die Lagereinrichtung als ein einreihiges Wälzkörperlager und/oder als ein Radialwälzlager ausgebildet. Die Lagereinrichtung weist einen Außenring und einen Innenring auf, wobei die Wälzkörper zwischen dem Außenring und dem Innenring abwälzend und/oder ablaufend angeordnet sind. Der Außenring und der Innenring werden jeweils auch als Laufringe bezeichnet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens einer der Laufringe als ein Drahtringlaufring ausgebildet ist. Der Drahtringlaufring weist mindestens einen Drahtring auf, wobei der Drahtring eine Lauffläche, insbesondere eine Teillauffläche, für die Wälzkörper bildet. Der Drahtring ist insbesondere als ein Ring ausgebildet, der durch Biegen aus einem Halbzeug gefertigt ist. Der Querschnitt des mindestens einenDrahtrings und/oder des Halbzeugs ist vorzugsweise kreisrund ausgebildet. Auch andere Querschnitte, wie beispielsweise oval sind möglich. Optional kann es sich um einen geschliffenen oder anders trennend bearbeiteten Drahtring handeln. Somit sind auch andere Varianten mit Blick auf den Querschnitt vorstellbar, bei dem der Drahtring eine speziell auf ein niedriges Reibmoment und eine hohe Genauigkeit im Betrieb optimierte Geometrie aufweist.
Erfindungsgemäß weist der Drahtring im Vergleich zu vollflächigen Laufringen eine verkleinerte Kontaktfläche auf und hat deshalb ein kleineres Reibmoment. Damit wird ein reibungsarmer Lauf der Lagereinrichtung erreicht. Zudem kann durch den Ersatz eines Massivrings durch einen Drahtringlaufring eine Kostenreduzierung erreicht werden.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist der Drahtringlaufring eine Hülse und zwei Drahtringe zum Abrollen der Wälzkörper auf. Jede der Drahtringe weist eine Teillauffläche für die Wälzkörper auf. Die Drahtringe sind in der Hülse angeordnet. Vorzugsweise ist die Hülse als ein Umformbauteil realisiert und weist besonders bevorzugt einen Festbord und einen Bördelbord auf, wobei die Drahtringe zwischen den zwei Borden angeordnet sind. Vorzugsweise liegen die Drahtringe in radialer Richtung kontaktierend an der Hülse an. In dieser Ausgestaltung kann der Drahtringlaufring besonders kostengünstig hergestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Drahtringe jeweils einen Trennspalt auf, welcher den Drahtring in Umfangsrichtung unterbricht. Es ist vorgesehen, dass der Trennspalt schleppend zu einer Bewegungsrichtung der Wälzkörper ausgerichtet ist. In dieser Ausgestaltung, in der das Optikmodul stets nur in einer Rotationsrichtung bewegt wird, ist es somit möglich, den Trennspalt in Bezug auf diese Rotationsrichtung zu optimieren. Die Rotationsrichtung entspricht der Bewegungsrichtung der Wälzkörper. Dadurch, dass der Trennspalt schleppend zu der Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, ergibt sich in Bewegungsrichtung der Wälzkörper eine schräge Anlauffläche an zumindest einem der Drahtringe am Ende des Trennspalts, so dass die Wälzkörper, welche in den Spalt einsinken über die schräge Anlauffläche wieder hinausgeführt werden. Dies führt zu einem besonders ruhigen Lauf der Lagereinrichtung. Soweit der Drahtringlaufring als Außenring ausgebildet ist, kann dieser in die Stützkonstruktion in radialer Richtung spielfrei eingespannt werden, da die Drahtringe durch den Trennspalt elastisch nachgiebig ausgebildet sind.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist einer der Laufringe als ein Massivring, insbesondere als ein geschliffener und/oder gespanter Massivring ausgebildet. Somit kann ein besonders präziser Lauf der Lagereinrichtung erzielt werden. Es ist dabei möglich, dass der Massivring als Innenring oder als Außenring zum Einsatz kommt. Durch die Wahl eines massiven Innen- oder Außenrings, kann auf einen aufwendigen Schleifprozess der Drahtringe in dem Drahtringlaufring verzichtet werden. Diese können spanlos hergestellt und verbaut werden. Somit kann eine weitere Kostenersparnis erzielt werden. Sollten die Genauigkeiten der Lagereinrichtung nicht den Anforderungen entsprechen, ist es ergänzend möglich, die Drahtringe vor der Montage zu schleifen.
Es optional vorgesehen, dass die Lagereinrichtung einen Schnappkäfig zur Aufnahme und zur Beabstandung der Wälzkörper in Umlaufrichtung aufweist. Damit ist es möglich, die Wälzkörper, insbesondere die Kugeln, vor dem Einsetzen des Schnappkäfigs, in der Lagereinrichtung vorzumontieren, so dass diese während des Montageprozesses im Schnappkäfig verliersicher gehalten werden. Die Anzahl der Wälzkörper in dem Schnappkäfig kann beliebig gewählt und insbesondere beliebig reduziert werden. Eine Reduzierung der Wälzkörper führt zwar zu einer geringeren Tragfähigkeit der Lagereinrichtung, bezogen auf die Baugröße, nachdem jedoch bei der Anwendung in dem Optikmodul die Belastung der Lagereinrichtung vergleichsweise gering ist, kann die Anzahl der Wälzkörper deutlich reduziert werden. Der Vorteil der Reduzierung der Wälzkörper ist eine verringerte Reibung in der Lagereinrichtung. Zu einer benötigten Selbsthaltung werden so viele Kugeln verwendet, dass die Kugeln komplett über den halben Umfang des Lagers nebeneinanderliegen können. Bei der vorliegenden Lagereinrichtung ist eine Kugelanzahl unterhalb dieser Selbsthaltung und/oder weniger als der komplette halbe Umfang der Lagereinrichtung realisierbar. Insbesondere ist die Anzahl der Kugeln geringer als die Anzahl, welche benötigt wird, um die Hälfte des Umfangs vollrollig mit Kugeln zu füllen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Drahtringlaufring einen Federabschnitt zum axialen Vorspannen von einem der Drahtringe auf. Insbesondere wird der Drahtring in Richtung der Wälzkörper vorgespannt, so dass die Wälzkörper in axialer Richtung spielarm, insbesondere spielfrei laufen. Dies wird bevorzugt auch bei Schocklast erreicht. Der Federabschnitt kann als ein separates Element ausgebildet sein oder einen Unterabschnitt von einem anderen Körper bilden. Der Federabschnitt kann materialelastisch sein und beispielsweise aus einem Elastomer bestehen. Alternativ oder ergänzend ist der Federabschnitt als eine mechanische Feder ausgebildet und kann beispielsweise als Tellerfeder realisiert sein.
Es ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung einen Dichtabschnitt zum Dichten eines Wälzkörperraums der Lagereinrichtung aufweist. Der Dichtabschnitt ist als ein berührungsloser Dichtabschnitt und/oder als ein Spaltdichtabschnitt ausgebildet. Durch die berührungslose Ausbildung beziehungsweise Ausbildung als Spaltdichtung wird die Reibung in der Lagereinrichtung weiter reduziert. Insbesondere ist der Dichtabschnitt an der Unterseite der Lagereinrichtung angeordnet, um aufgrund von Schwerkraft herauslaufendes Schmiermittel abzudichten.
Der Dichtabschnitt kann prinzipiell mit dem Außenring oder mit dem Innenring drehfest verbunden sein. Optional dreht der rotierende Laufring der Lagereinrichtung stets in dieselbe Rotationsrichtung, somit dreht der Dichtabschnitt, der fest mit dem Laufring verbunden ist, auch stets in die gleiche Rotationsrichtung. Optional ist vorgesehen, dass durch das Einbringen von einer Förderstruktur, insbesondere einer speziellen Geometrie, zum Beispiel einer gegenläufigen, spiralförmigen Nut des Dichtabschnitts eine Förderwirkung für das Schmiermittel erzeugt wird, um das Schmiermittel in den Wälzkörperraum zu fördern.
Alternativ oder ergänzend weist der Dichtungsabschnitt eine Schmierstofffangnut auf, wobei die Schmierstofffangnut in Umlaufrichtung um die Hauptachse verläuft. Die Schmierstofffangnut kann durchgehend oder unterbrochen in Umlaufrichtung ausgebildet sein. In der Einbaulage des Optikmoduls befindet sich der Dichtungsabschnitt an einer Unterseite der Lagereinrichtung, insbesondere eines Wälzkörperraumes der Lagereinrichtung. Die Schmierstofffangnut ist im Querschnitt als eine Rinne in dem Dichtungsabschnitt ausgebildet, so dass diese den ablaufenden Schmierstoff aus der Lagereinrichtung, insbesondere aus dem Wälzkörperraum, auffängt und gefangen hält. Der Hintergrund dieser Ausbildung ist, dass der Schmierstoff im Betrieb des Optikmoduls flüssig wird und bei einem Stillstand des Optikmoduls nach unten, in Richtung des Dichtungsabschnitts fließt. Nachdem der Dichtungsabschnitt bevorzugt als eine berührungslose Dichtung ausgebildet ist, verbleibt stets ein offener Spalt, insbesondere ein Dichtungsspalt. Um zu vermeiden, dass der abfließende Schmierstoff die Lagereinrichtung durch den Spalt verlässt, ist die Schmierstofffangnut zum Auffangen und Aufbewahren des Schmierstoffs vorgesehen. Vorzugsweise erstreckt sich der Dichtungsabschnitt so weit in radialer Richtung, dass der in axialer Richtung gelaufende Schmierstoff vollständig durch den Dichtungsabschnitt aufgefangen wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind der Federabschnitt und der Dichtabschnitt als ein gemeinsamer Körper ausgebildet. Beispielsweise ist der gemeinsame Körper als ein 2-Komponenten-Element realisiert.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung mit dem Optikmodul wie dieses zuvor beschrieben wurde, wobei die Detektionsvorrichtung als ein Lidar-Sensor oder ein Ladar-Sensor für ein Fahrzeug ausgebildet ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Detektionsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Längsschnitt durch eine Lagereinrichtung in der Detektionsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 in gleicher Darstellung wie in der 2 eine Lagereinrichtung in der Detektionsvorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 gleicher Darstellung wie in den vorhergehenden Figuren eine Lagereinrichtung in der Detektionsvorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische, axiale Draufsicht auf einen Teilbereich der Drahtringe in der Lagereinrichtung im Bereich eines Trennspalts;
6 eine axiale Draufsicht auf einen Dichtungsabschnitt aus der Lagereinrichtung der vorhergehenden Figuren,
7 in gleicher Darstellung wie in den 2 bis 4 eine Lagereinrichtung in der Detektionsvorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 in gleicher Darstellung wie in den 2 bis 4 und 7 eine Lagereinrichtung in der Detektionsvorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Detektionsvorrichtung 1 für ein Fahrzeug 2 zur Detektion einer Umgebung des Fahrzeugs 2 als Messbereich. Die Detektionsvorrichtung 1 ist als ein Lidar-Sensor oder als ein Ladar-Sensor ausgebildet und überwacht mittels elektromagnetischer Strahlung 3 den Messbereich.
Die Detektionsvorrichtung 1 weist ein Optikmodul 4 auf, welches als ein Scannermodul ausgebildet ist. Das Optikmodul 4 weist eine Optikkomponente 5 auf, welche über Lagereinrichtungen 6 a, b um eine Scannerachse, welche eine Hauptachse H bildet, in einer Stützkonstruktion 7 rotierbar angeordnet ist. Zum Senden wird die elektromagnetische Strahlung als Meßstrahlung koaxial oder parallel zu der Hauptachse H in die Optikkomponente 5 geführt und dort um 90° umgelenkt. Durch eine Rotation der Optikkomponente 5 um die Hauptachse H in eine Endlosdrehung wird die Umgebung als Messbereich umlaufend durch die Meßstrahlung abgetastet. Zum Empfangen läuft die reflektierte oder gestreute Meßstrahlung als Empfangsstrahlung in radialer Richtung in die Optikkomponente 5 ein, wird dort um 90° umgelenkt und in axialer Richtung weitergeführt. Damit bildet die Optikkomponente 5 eine Sende- und Empfangsoptikkomponente. Diese zwei Funktionen können auch auf zwei separate Optikkomponenten verteilt werden.
Die 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Lagereinrichtung 6 a, b. Die Lagereinrichtung 6 a, b ist als eine Wälzlagereinrichtung, insbesondere als eine Radialwälzlagereinrichtung ausgebildet. Diese weist einen Innenring 8 und einen Außenring 9 sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern 10 auf, wobei die Wälzkörper 10 zwischen dem Innenring 8 und dem Außenring 9 ablaufend angeordnet sind. Die Wälzkörper 10 sind als Kugeln ausgebildet. Der Innenring 8 und der Außenring 9 bilden jeweils einen Laufring der Lagereinrichtung 6 a, b. Die Lagereinrichtung 6 a, b weist eine Unterseite U und eine Oberseite O auf, wobei die Unterseite U bezogen auf die Hauptachse H wie diese in der 1 gezeigt ist und in späterer Einbaulage nach unten gerichtet ist.
Der Innenring 8 ist als ein innerer Drahtringlaufring 11 a, der Außenring 9 ist als ein äußerer Drahtringlaufring 11 b ausgebildet. Die Drahtringlaufringe 11 a, b weisen jeweils eine Hülse 12 a bzw. 12 b auf, wobei die Hülsen 12 a, b jeweils als Umformteile ausgebildet sind. Sie weisen jeweils einen Bördelbord 13 a bzw. 13 b sowie einen Festbord 14 a bzw. 14 b auf. Ferner weist jeder der Drahtringlaufringe 11 a, b jeweils zwei Drahtringe 15a, 16a bzw. 15b, 16b auf. Die Drahtringe 15a, 16a bzw. 15b, 16b liegen in radialer Richtung an der jeweiligen Hülse 12 a bzw. 12 b kontaktierend an.
Die Drahtringe 15 a, 16 a bilden gemeinsam eine Innenlaufbahn für die Wälzkörper 10, die Drahtringe 15 b, 16 b bilden gemeinsam eine Außenlaufbahn für die Wälzkörper 10, so dass jeder der Drahtringe 15 a, b, 16 a, b eine Teillauffläche an der jeweiligen Laufbahn bereitstellt. Die Drahtringe 15 a, b, 16 a, b sind im Querschnitt kreisrund ausgebildet, wobei die jeweiligen Teillaufflächen insbesondere im unbelasteten Fall als Linien ausgebildet sind, so dass die Reibung zwischen den Wälzkörpern 10 und den Drahtringen 15 a, b, 16 a, b und somit die Lagerreibung in der Gesamtheit sehr niedrig ist.
Bei dem inneren Drahtringlaufring 11 a liegt der Drahtring 15 a in axialer Richtung kontaktierend an dem Bördelbord 13 a an, der Drahtring 16 a liegt in axialer Richtung kontaktierend an dem Festbord 14 a an.
Der äußere Drahtringlaufring 11 b weist einen Dichtungsabschnitt 17 sowie einen Federabschnitt 18 auf. Der Drahtring 15 b liegt in axialer Richtung kontaktierend an dem Dichtungsabschnitt 17 an, der Drahtring 16 b liegt in axialer Richtung kontaktierend an dem Federabschnitt 18 an. Die Drahtringe 15 b, 16 b sind somit zwischen dem Dichtungsabschnitt 17 und dem Federabschnitt 18 angeordnet.
Der Dichtungsabschnitt 17 stützt sich in axialer Richtung an dem Bördelbord 13 b ab, so dass dieser zwischen dem Bördelbord 13 b und dem Drahtring 15 b angeordnet ist. In radialer Richtung liegt der Dichtungsabschnitt 17 an der Hülse 12 b an und ist damit im äußeren Drahtringlaufring 11 b festgelegt. An der radialen Innenseite und/oder am Innenumfang des Dichtungsabschnitts 17 ist dieser als eine berührungslose Dichtung und/oder Spaltdichtung ausgebildet.
Der Dichtungsabschnitt 17 weist eine erste Dichtungslippe 19 a auf, welche sich in einer Radialebene zu der Hauptachse H erstreckt und welche einen ersten Spalt S1 mit dem Bördelbord 13 a bildet. Das Bördelbord 13 a ist am Innenumfang umgebogen, so dass ein Endabschnitt des Bördelbord 13 a in dem gezeigten Längsschnitt in axialer Richtung oder axial-radialer Richtung verläuft, so dass eine Oberseite des Endabschnitts mit der ersten Dichtungslippe 19 a und/oder mit dem Dichtungsabschnitt 17 den Spalt S ausbildet. Am freien Ende des Endabschnitts liegt der Drahtring 15 a an. Der Dichtungsabschnitt 17 weist eine zweite Dichtungslippe 19 b auf, wobei die zweite Dichtungslippe 19 b gegenüber der ersten Dichtungslippe 19 a einen Dichtungswinkel einnimmt und damit in radial-axialer Richtung verläuft. Die zweite Dichtungslippe 19 b bildet einen zweiten Spalt S2 mit dem Drahtring 15 a aus. Insgesamt wird durch den Dichtungsabschnitt 17 eine Labyrinthdichtung gebildet, da der Schmierstoff, insbesondere das Schmierfett, aus dem Wälzkörperraum beide Spalte S1 und S2 passieren muss, um vollständig auszutreten. Ferner nimmt die zweite Dichtungslippe 19b die Funktion ein, Schmierstoff auf die jeweilige Laufbahn für die Wälzkörper 10 zu führen. Der Dichtungsabschnitt 17 ist an der Unterseite U der Lagereinrichtung 6 a, b angeordnet.
Der Federabschnitt 18 stützt sich in axialer Richtung an dem Festbord 14 b ab, so dass dieser zwischen dem Festbord 14 b und dem Drahtring 15 b angeordnet ist. Der Federabschnitt 18 spannt den Drahtring 15 b in axialer Richtung in Richtung der Wälzkörper 10 vor, so dass diese toleranzarm geführt werden. Der Federabschnitt 18 kann als ein mechanischer Federabschnitt, welcher die Vorspannung durch eine konstruktive und elastische Verformung erzeugt, wie zum Beispiel eine Tellerfeder, ausgebildet sein. Alternativ kann der Federabschnitt 18 als ein materialelastischer Federabschnitt, wie zum Beispiel ein elastischer Kunststoff, insbesondere als ein Elastomere, ausgebildet sein.
Der Lagerring 6 a, b weist einen Schnappkäfig 20 für die als Kugeln ausgebildet Wälzkörper 10 auf. In dem Schnappkäfig 20 werden die Kugeln bei der Montage verliersicher gehalten, so dass die Montage vereinfacht ist. Zudem können die Kugeln in dem Schnappkäfig 20 in Umlaufrichtung voneinander beabstandet werden, so dass die Anzahl der Kugeln in der Lagereinrichtung 6 a, b frei gewählt werden kann. Um die Reibung weiter zu verringern ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Kugeln kleiner ist als die Anzahl, welche benötigt wird, um den halben Umfang der Lagereinrichtung 6 a, b vollrollig (das heißt in Umlaufrichtung unmittelbar aneinander kontaktierend) zu füllen. Diese verringerte Kugelanzahl kann auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen gewählt werden.
Wie bei allen Ausführungsformen kann entweder der Innenring 8 in der Stützkonstruktion 7 stationär angeordnet sein und der Außenring 9 mit dem Optikmodul 4 verbunden sein oder der Außenring 9 in der Stützkonstruktion 7 stationär angeordnet sein und der Innenring 8 mit dem Optikmodul 4 verbunden sein. Ebenfalls ist es bei allen Ausführungsformen möglich, dass der Dichtungsabschnitt 17 und/oder der Federabschnitt 18 an dem Innenring 8 angeordnet ist. Alternativ ist es möglich, dass einer der Abschnitte 17 oder 18 an dem Innenring 8 und der andere Abschnitt 18 oder 17 an dem Außenring 9 angeordnet ist.
Die 3 zeigt in gleicher Darstellung wie in der 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Lagereinrichtung 6 a, b. Gleiche Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Für den äußeren Drahtringlaufring 11 b wird auf die Beschreibung zu der 2 verwiesen, da dieser identisch ausgebildet ist. Der Innenring 8 ist dagegen als ein Massivring ausgebildet, wobei eine Laufbahn für die Kugeln 20 spanend oder schleifend eingebracht ist. Durch den massiven Innenring 8 können die Wälzkörper 10 sehr genau geführt werden, so dass etwaige Toleranzen in der Lagereinrichtung 6 a, b reduziert sind und/oder ein genauer Lauf erreicht wird. Durch die Wahl eines gespanten Laufrings kann auf einen aufwendigen Schleifprozess der Drahtringe 15a,b, 16a,b verzichtet werden. Diese können spanlos hergestellt und verbaut werden. Somit kann eine weitere Kostenersparnis erzielt werden. Der Dichtungsabschnitt 17 greift mit der ersten Dichtungslippe 19 a in eine umlaufende Nut 21 ein, so dass der Spalt S1 in dem gezeigten Längsschnitt u-förmig ausgebildet ist. Die zweite Dichtungslippe 19 b bildet den Spalt S2 mit einer radialen Außenseite des Innenrings 8.
Die 4 zeigt in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren die Lagereinrichtung 6 a, b, wobei im Vergleich zu der 3 der Innenring 8 als innerer Drahtringlaufring 11 a ausgebildet ist, wobei der innere Drahtringlaufring 11 a den Dichtungsabschnitt 17 und den Federabschnitt 18 trägt. Der Dichtungsabschnitt 17 ist zwischen dem Bördelbord 13 a und dem Drahtring 15 a angeordnet. Der Federabschnitt 18 ist zwischen dem Festbord 14 a und dem Drahtring 16 a angeordnet.
Der Außenring 9 ist dagegen als ein Massivring mit geschliffener/gespanter Laufbahn ausgebildet. An der radialen Außenseite greift der Federabschnitt 18 mit der ersten Dichtungslippe 19 a in die Nut 21 ein, die zweite Dichtungslippe 19 b bildet mit dem Massivring den zweiten Spalt S 2 aus.
In der 5 ist ein Abschnitt in axialer Draufsicht auf einen der Drahtringe 15 a, b, 16 a, b gezeigt. Die Drahtringe15 a, b, 16 a, b weisen konstruktionsbedingt jeweils einen Trennspalt 22 auf. Ein Nachteil herkömmlicher Drahtringlager ist der Trennspalt, 22 der zwischen den Drahtringenden zwangsläufig entsteht. Dieser kann im Betrieb zu Reibmomenterhöhungen führen. Da in der Anwendung das Optikmodul 4 immer nur in eine Rotationsrichtung dreht, kann der Trennspalt 22 so optimiert werden, dass die Kugeln als Wälzkörper 10 einen weichen Übergang zwischen den Enden des Drahtrings 15 a, b, 16 a, b erfahren. Somit können die für die Anwendung ungeeigneten Reibmomenterhöhungen drastisch reduziert werden. Dies kann unter anderem mithilfe eines schrägen Schlitzes 15 a, b, 16 a, b im Drahtring als Trennspalt 22 realisiert werden. Dadurch, dass die Lagereinrichtung 6a,b nur in eine Richtung dreht, fahren die Kugeln als Wälzkörper 10 weich auf eine Schräge auf und nicht, wie sonst üblich, auf eine Stoßstelle. Der Trennspalt 22 verläuft somit nicht in radialer Richtung, sondern in Bezug auf eine Bewegungsrichtung B der Wälzkörper 10 in einer schleppenden Richtung. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Wälzkörper 10 beim Überqueren des Trennspalts 22 beim Wiederaufsetzen auf den Drahtring 15 a, b, 16 a, b nicht gegen die senkrecht verlaufende Stoßstelle stoßen und auf diese Weise Reibung oder eine unzulässig hohe Kraftspitze erzeugen, sondern über die durch die schleppende Anordnung des Trennspalts erzeugte Schräge an dem offenen Ende des Drahtrings 15 a, b, 16 a, b weich wieder auf den Drahtring 15 a, b, 16 a, b geführt werden. Dies führt zu einer weiteren Reduktion der Reibung in der Lagereinrichtung 6 a, b.
Die 6 zeigt in einer axialen Draufsicht den Dichtungsabschnitt 17, wobei der Dichtungsabschnitt 17 als ein Dichtungsring ausgebildet ist. Ein weiterer Punkt speziell für diese Anwendung ist die Dichtung der Unterseite U der Lagereinrichtung 6 a, b. Dadurch, dass die Hauptachse H nach Einbau der Lagereinrichtung 6 a, b vertikal ausgerichtet ist, muss die Unterseite U der Lagereinrichtung 6 a, b speziell gegen Schmierstoffaustritt, insbesondere Fettaustritt gesichert werden, da es für die Anwendung nötig ist, dass im Betrieb kein Schmierstoff entweichen kann. Eine schleifende Dichtung ist aber aufgrund der hohen Anforderung nach einem möglichst geringen Reibmoment nicht möglich. In einer Ausführungsvariante dreht der Außenring 9 der Lagereinrichtung 6 a, b stets in dieselbe Bewegungsrichtung B. Somit dreht der Dichtungsabschnitt 17, der fest mit dem Außenring 8 verbunden ist, auch stets in die gleiche Richtung. Durch die spezielle Geometrie, einer gegenläufigen spiralförmigen Nut des Dichtungsabschnitts als Förderstruktur 23, kann eine Förderwirkung des Schmierstoffs erzeugt werden. Somit wird der Schmierstoff bei Drehung des Außenrings 9 gezielt in Richtung der Lagereinrichtung 6a, b gefördert.
Die 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lagereinrichtung 6 a, b. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Innenring 8 rotieren und der Außenring 9 stationär in dem Optikmodul angeordnet. Der Dichtungsabschnitt 17 ist mit dem Innenring 8 fest verbunden, so dass dieser die Funktion einer Schleuderscheibe einnimmt. Der Dichtungsabschnitt 17 ist in Einbaulage an der Unterseite der Lagereinrichtung 6 a, b angeordnet, so dass der Schmierstoff, insbesondere das Fett, bei einem Stillstand der Lagereinrichtung 6 a, b nach unten fließt und von dem Dichtungsabschnitt 17 aufgefangen wird. Der Dichtungsabschnitt 17 weist hierfür eine vorzugsweise durchgehend umlaufende Schmierstofffangnut 24 auf, welche in Umlaufrichtung eine durchgehende oder unterbrochene Rinne bildet, so dass der Schmierstoff vollständig aufgenommen werden kann, ohne dass die Schmierstofffangnut 24 überläuft. Diese konstruktive Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Schmierstoff vorzugsweise vollständig in der Schmierstofffangnut 24 aufgefangen wird und nicht in den Spalt S zwischen dem Dichtungsabschnitt 17 und der Hülse 12 b gelangt. Damit wird ein Austreten des Schmierstoffs aus der Lagereinrichtung 6 a, b verhindert. Vorzugsweise können in der Schmierstofffangnut 24 die Förderstrukturen 23 eingebracht sein. Bei einem Wiederanlaufen der Lagereinrichtung 6 a, b wird der in der Schmierstofffangnut 24 gefangene Schmierstoff durch die Zentripetalkraft nach radial außen gedrängt, der Lagereinrichtung 6 a, b zugeführt und wieder in der Lagereinrichtung 6 a, b verteilt. Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung weist der Dichtungsabschnitt 17 eine erste Dichtungslippe 19 a auf, welche sich in radialer Richtung so weit erstreckt, dass der Spalt S überlappt ist. Dadurch wird verhindert, dass ablaufender Schmierstoff in den Spalt S gelangt.
Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lagereinrichtung 6 a, b. Bei diesem Ausführungsbeispiel rotiert ebenfalls der Innenring 8, der Außenring 9 ist stationär angeordnet. Der Dichtungsabschnitt 17 ist fest mit dem Außenring 9 verbunden, so dass auch der Dichtungsabschnitt 17 in dem Optikmodul 4 stationär angeordnet ist. Der Dichtungsabschnitt 17 weist wieder die Schmierstofffangnut 24 auf, so dass auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Die 8 zeigt jedoch, dass sich die erste Dichtungslippe 19 a in radialer Richtung so weit erstreckt, so dass diese den Spalt S vollständig abdeckt. Im Betrieb wird der Schmierstoff in der Schmierstofffangnot 24 gefangen und durch eine Rotation des Innenrings 8 in der Lagereinrichtung 6 a, b verteilt.
Bezugszeichenliste

1: Detektionsvorrichtung
2: Fahrzeug
3: elektromagnetische Strahlung
4: Optikmodul
5: Optikkomponente
6 a, b: Lagereinrichtungen
7: Stützkonstruktion
8: Innenring
9: Außenring
10: Wälzkörper
11 a: innerer Drahtringlaufring
11 b: äußerer Drahtringlaufring
12a,b: Hülse
13a,b: Bördelbord
14a,b: Festbord
15a,b: Drahtringe
16a,b: Drahtringe
17: Dichtungsabschnitt
18: Federabschnitt
19a: erste Dichtungslippe
19b: zweite Dichtungslippe
20: Schnappkäfig
21: Nut
22: Trennspalt
23: Förderstruktur
24: Schmierstofffangnut
H: Hauptachse
U: Unterseite
O: Oberseite
B: Bewegungsrichtung
S1: erster Spalt
S2: zweiter Spalt
S: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016011327 A1 [0003]

Claims

Optikmodul (4) für eine Detektionsvorrichtung (1), mit mindestens einer Optikkomponente (5), mit mindestens einer Stützkonstruktion (7) und mit einer Lagereinrichtung (6a,b), wobei die Optikkomponente (5) über die Lagereinrichtung (6a,b) an der Stützkonstruktion (7) gelagert ist, wobei die Lagereinrichtung (6a,b) eine Mehrzahl von Wälzkörpern (10) sowie einen Innenring (8) und einen Außenring (9) als Laufringe für die Wälzkörper (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Laufringe als ein Drahtringlaufring (11a,b) ausgebildet ist.
Optikmodul (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtringlaufring (11a,b) eine Hülse (12a,b) und zwei Drahtringe (15a,b;16a,b) zum Abrollen der Wälzkörper (10) aufweist, wobei die Drahtringe (15a,b;16a,b) in der Hülse (12a,b) angeordnet sind.
Optikmodul (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtringe (15a,b;16a,b) jeweils einen Trennspalt (22) aufweisen, wobei der Trennspalt (22) schleppend zu einer Bewegungsrichtung (B) der Wälzkörper (10) ausgerichtet ist.
Optikmodul (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Laufringe als ein Massivring ausgebildet ist.
Optikmodul (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (6a,b) einen Schnappkäfig (20) zur Aufnahme und/oder zum Beabstanden der Wälzkörper (10) aufweist.
Optikmodul (4) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtringlaufring (11a,b) einen Federabschnitt (18) zum axialen Vorspannen von einem der Drahtringe (15a,b; 16a,b) in eine axiale Richtung aufweist.
Optikmodul (4) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (6a,b) einen Dichtabschnitt (17) zum Abdichten eines Wälzkörperraums der Lagereinrichtung (6a,b) aufweist, wobei der Dichtabschnitt (17) als ein berührungsloser Dichtabschnitt und/oder als Spaltdichtabschnitt ausgebildet ist.
Optikmodul (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsabschnitt (17) eine Förderstruktur (23) zur Förderung eines Schmierstoffs in den Wälzkörperraum und/oder dass der Dichtungsabschnitt (17) eine Schmierstofffangnut (24) zum Auffangen des Schmierstoffs aufweist.
Optikmodul (4) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (18) und der Dichtabschnitt (17) als ein gemeinsamer Körper ausgebildet sind.
Detektionsvorrichtung (1) mit dem Optikmodul (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (1) als ein Lidar-Sensor oder als ein Ladar-Sensor für ein Fahrzeug (2) ausgebildet ist.