DE102019128217B3

DE102019128217B3 - Optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019128217B3
Application number: DE102019128217.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Buchberger; Johannes Brill; Klaus Kratschmann; Michael Tiso
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-10-19

Abstract

Es wird eine optische Einrichtung (100) für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die optische Einrichtung (100) umfasst: Ein in einem Gehäuse (102) angeordnetes optisches Modul (104), welches dazu eingerichtet ist, mittels eines optischen Sensors (106) durch einen Abschnitt (108) einer Abdeckscheibe (110) in die optische Einrichtung (100) eintretendes Licht zu empfangen und/oder mittels einer Lichtquelle (112) Licht durch den Abschnitt (108) der Abdeckscheibe (110) hindurch abzustrahlen; und das Gehäuse (102), dessen Lichtdurchtrittsöffnung durch die transparente Abdeckscheibe (110) verschlossen ist, wobei die transparente Abdeckscheibe (110) Kunststoff umfasst, und wobei wenigstens der dem optischen Modul (106) zugeordnete Abschnitt (108) der transparenten Abdeckscheibe (110) superfiziell Silikatglas umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug.
DE 25 16 950 A1 offenbart ein Streuscheibe für Scheinwerfer von Fahrzeugen. Die Streuscheibe besteht aus Kunststoff. Die Innenfläche der Streuscheibe weist ein optisch wirksames Mittel auf. Die Außenschicht der Streuscheibe hat eine glasartige Beschaffenheit.
DE 20 2019 103 729 U1 offenbart eine Fahrzeug-Verbundscheibe mit opaker polymerer Folie.
Aus US 2012 / 0 119 104 A1 ist eine Glasscheibe bekannt, die ein optisch transparentes Sensorfeld aufweist.
WO 2019 / 030 106 A1 betrifft ein schützendes Gehäuse für eine Sensorvorrichtung, die einen LiDAR Sensor aufweist.
Es ist bekannt, dass Abdeckscheiben für Kraftfahrzeugscheinwerfer aus Kunststoffen mit Hardcoat-Beschichtungen hergestellt werden, da diese leicht sind und Gestaltungsfreiheit der dreidimensionalen Struktur erlauben. Weiterhin können komplexe Geometrien in großer Stückzahl günstig hergestellt werden.
Des Weiteren sind Lidarsysteme zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung im Kraftfahrzeugbereich bekannt. Auch ist bekannt, dass diese Systeme empfindlich auf Verschmutzungen der vorgelagerten Optik reagieren.
Damit ist es Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeit optischer Systeme insbesondere hinsichtlich Verschmutzungen der zugeordneten Abdeckscheibe zu reduzieren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen sowie ferner in der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen.
Ein Aspekt dieser Beschreibung betrifft eine optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug, die als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist, wobei die optische Einrichtung umfasst: ein Lichtmodul zur Erzeugung einer für den Fahrer des Kraftfahrzeugs sichtbaren Abstrahllichtverteilung; ein in einem Gehäuse angeordnetes optisches Modul, welches dazu eingerichtet ist, mittels eines optischen Sensors durch einen Abschnitt einer Abdeckscheibe in die optische Einrichtung eintretendes Licht zu empfangen und/oder mittels einer Lichtquelle Licht durch den Abschnitt der Abdeckscheibe hindurch abzustrahlen, und das Gehäuse, dessen Lichtdurchtrittsöffnung durch die transparente Abdeckscheibe verschlossen ist, wobei die transparente Abdeckscheibe Kunststoff umfasst, und wobei wenigstens der dem optischen Modul zugeordnete Abschnitt der transparenten Abdeckscheibe superfiziell Silikatglas umfasst.
Es findet also eine Integration des optischen Moduls in einen Kraftfahrzeugscheinwerfer statt.
Es wird also eine optische Einrichtung bereitgestellt, bei der die Abdeckscheibe aus einer Glas-Kunststoff-Kombination besteht. Der gezielte Einsatz von superfiziell also an der Oberfläche angeordnetem Silikatglas erhöht die chemische und mechanische Resistenz an der Oberfläche des dem optischen Modul zugeordneten Abschnitts. Somit kann beispielsweise ein Wischsystem zum Einsatz kommen, welches sicherstellt, dass der eingesetzte optische Sensor sein Umfeld detektieren kann. Umwelteinflüsse wie Regen oder Schmutz können durch das Wischsystem beseitigt werden und somit kann ein zugeordnetes Sensorsystem in Echtzeit die sicherheitsrelevanten Merkmale der Verkehrssituation erfassen.
Die Verbindung mit Kunststoff ermöglicht alle Vorteile, die im Kunststoffherstellungsverfahren möglich sind. Darüber hinaus werden UV-Strahlen vom Glas wenigstens teilweise absorbiert, was den Einsatz von weiteren Kunststoffen, also auch UV-unbeständigen Kunststoffen als zweite Komponente oder als sichtbares Element im Inneren der optischen Einrichtung ermöglicht. Der Kunststoff stellt eine Bruchsicherheit bereit, um beispielsweise eine reversible Energieaufnahme bei Unfällen zu ermöglichen.
Weitergehend werden durch das superfizielle Silikatglas die optischen Eigenschaften der Abdeckscheibe verbessert. Durch das Additiv Silikatglas wird also eine Abdeckscheibe eingesetzt, welche die Vorteile von Kunststoff - verringertes und um die Eigenschaften von Glas - erhöhter Kratzfestigkeit und verbesserte chemische Resistenz - ergänzt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Abdeckscheibe einen Schichtaufbau aufweist, wobei der Schichtaufbau eine superfizielle Glasschicht aus dem Silikatglas und einen Kunststoffbereich umfasst.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die superfizielle Glasschicht eine Dicke zwischen 25 µm und 1 mm aufweist.
Dieser Schichtdickenbereich ermöglicht bereits eine korrosionsbeständige Ausführung der Oberfläche des Abschnitts der Abdeckscheibe.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die superfizielle Glasschicht in einem ersten Teilbereich der Abdeckscheibe eine äußere Oberfläche der Abdeckscheibe bereitstellt, und wobei der Kunststoffbereich in einem zweiten Teilbereich der Abdeckscheibe die äußere Oberfläche der Abdeckscheibe bereitstellt.
Vorteilhaft wird für den ersten Teilbereich eine abnutzungsresistente Oberfläche bereitgestellt und die Funktionalität des optischen Moduls gewährleistet.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die superfizielle Glasschicht durchgängig eine äußere Oberfläche der Abdeckscheibe bereitstellt.
Vorteilhaft wird eine großflächig gleichartig ausgebildete Oberfläche bereitgestellt. Dadurch ergeben sich insbesondere bei Abnutzung ein gleiches Abnutzungsbild.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Kunststoffbereich wenigstens eine Schicht aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat umfasst.
Polycarbonat bzw. Polymethylmethacrylat erlauben eine vorteilhaft einfache Verarbeitung in Zusammenhang mit dem superfiziellen Silikatglas.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Einrichtung eine Reinigungsvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, mittels eines wenigstens über die äußere Oberfläche des Abschnitts bewegbaren Reinigungselements die Abdeckscheibe abzureinigen.
Die mechanische Reinigung stellt die zuverlässige Entfernung von Schmutzpartikeln bereit. So wird die Verfügbarkeit des optischen Moduls gewährleistet, um sicherheitsrelevante Merkmale der Verkehrssituation zu erkennen.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass bei die optische Einrichtung eine bzw. die Reinigungsvorrichtung umfasst, welche einen Behälter umfasst, der Reinigungsflüssigkeit bevorratet, wobei eine Pumpe die Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter fördert und die Reinigungsflüssigkeit mittels einer Abgabeeinheit auf die Oberfläche des Abschnitts der Abdeckscheibe abgibt.
Durch die Abgabe der Reinigungsflüssigkeit wird die Reinigungswirkung verbessert. In Kombination mit dem bewegbaren Reinigungselement wird der Verbrauch von Reinigungsflüssigkeit reduziert.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verbindungsmaterial zwischen der Glasschicht und dem Kunststoffbereich einen Brechungsindex für sichtbares Licht aufweist, welcher bei oder zwischen einem ersten Brechungsindex des Materials des Kunststoffbereichs und einem zweiten Brechungsindex des Materials der Glasschicht liegt.
Dieser vorteilhaft angepasste Brechungsindex ermöglicht, dass der Verbindungsbereich optisch unauffällig wirkt.
In der Zeichnung zeigen:

1 einen schematisch dargestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer; und
2 und 3 jeweils eine schematische Schnittansicht einer Abdeckscheibe.

1 zeigt einen schematisch dargestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer, der allgemein auch als optische Einrichtung 100 für ein Kraftfahrzeug bezeichenbar ist. Die optische Einrichtung umfasst ein in einem Gehäuse 102 angeordnetes optisches Modul 104.
Vorliegend ist das optische Modul 104 dazu konfiguriert, um mittels eines optischen Sensors 106 durch einen Abschnitt 108 einer Abdeckscheibe 110 in die optische Einrichtung 100 eintretendes Licht zu empfangen und mittels einer Lichtquelle 112 Licht durch den Abschnitt 108 der Abdeckscheibe 110 hindurch abzustrahlen. In diesem Beispiel ist das optische Modul 104 ein Lidarmodul. In einem weiteren Beispiel umfasst das optische Modul nur die Lichtquelle 112 oder nur den optischen Sensor 106. Beispielsweise ist der optische Sensor eine Videokamera zum Erfassen von sichtbarem oder nicht-sichtbarem Licht.
Das Gehäuse 102 umfasst eine Lichtdurchtrittsöffnung, welche durch die transparente Abdeckscheibe 110 verschlossen ist. Die transparente Abdeckscheibe 110 umfasst ein Kunststoffmaterial. Der dem optischen Modul 104 zugeordnete Abschnitt 108 der transparenten Abdeckscheibe 110 umfasst superfiziell, d. h. an der nach außen gewandten Oberfläche, anorganisches Glas, also Silikatglas.
Die optische Einrichtung 100 umfasst eine Reinigungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, um mittels eines wenigstens über die äußere Oberfläche des Abschnitts 108 bewegbaren Reinigungselements 114 die Abdeckscheibe 110 abzureinigen. Das Reinigungselement 114 ist beispielsweise wenigstens ein Wischerblatt, welches über ein Getriebe 126 von einem Antrieb 128 angetrieben wird. Das Reinigungselement bewegt sich wenigstens entlang einer Bewegungsbahn 132 und überstreicht so die gesamte Oberfläche des Abschnitts 108. Das Reinigungselement 114 wischt also durch mechanische Kontaktierung der Oberfläche auf der Oberfläche des Abschnitts 108 befindliche Schmutzpartikel ab.
Die Reinigungsvorrichtung umfasst einen Behälter 116, der Reinigungsflüssigkeit bevorratet. Eine Pumpe 118 fördert die Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter 116 und sprüht die Reinigungsflüssigkeit mittels einer Abgabeeinheit 120 in Form einer Düse auf die Oberfläche des Abschnitts 108 der Abdeckscheibe 110. Neben Wasser können auch andere chemische Substanzen als Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. Durch den Einsatz einer Glas-Kunststoff-Komposition kann sowohl eine mechanische Reinigung der Abdeckscheibe erfolgen als auch der Einsatz von weiteren chemischen Substanzen den Reinigungsvorgang unterstützen.
Im gezeigten Beispiel ist ein Lichtmodul 122 zur Erzeugung einer für den Fahrer des Kraftfahrzeugs sichtbaren Abstrahllichtverteilung 124 in dem Gehäuse 102 angeordnet. Das von dem Lichtmodul 122 abgestrahlte Licht durchtritt in einem weiteren Abschnitt 130 die Abdeckscheibe 110.
Ein Steuergerät 140 erzeugt ein Signal 142 zum Betrieb der Pumpe 118 und ein Signal 144 zum Betrieb des Antriebs 128. So wird beispielsweise ein Reinigungszyklus dadurch durchgeführt, das zunächst Reinigungsflüssigkeit mittels der Abgabeeinheit 120 auf die Glasoberfläche des Abschnitts 108 der Abdeckscheibe 110 abgegeben wird. Anschließend wird nach kurzer Einwirkzeit oder unmittelbar der Antrieb 128 angetrieben, um ein Abwischen der Glasoberfläche des Abschnitts 108 durchzuführen.
Die optische Einrichtung 100, beispielsweise in Form eines Scheinwerfers, stellt also eine Glas-Kunststoff-Komposition für die Abdeckscheibe 110 bereit. Sicherheitsrelevante Systeme profitieren von der verbesserten Schmutzabreinigung und der Sensor 106 hat beispielsweise stets eine freie Sicht, um etwaige Hindernisse vor dem Kraftfahrzeug zu erkennen. Diese erfassten sicherheitsrelevanten Informationen werden anschließend einem Auswertungssystem zur Verfügung, beispielsweise auf dem Steuergerät 140 gestellt, das diese verarbeitet und in Abhängigkeit von dem Sensorsignal den Reinigungsvorgang einleitet, um die Oberfläche des Abschnitts 108 zu reinigen.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht der Abdeckscheibe 110. Die Abdeckscheibe 110 weist wenigstens abschnittsweise einen Schichtaufbau auf, wobei der Schichtaufbau eine superfizielle Glasschicht 202 aus dem Silikatglas und einen Kunststoffbereich 204 umfasst. Die superfizielle Glasschicht 202 überdeckt den Abschnitt 108 und stellt damit einen Randbereich bereit, welcher die Abreinigung ohne Zerkratzen der Oberfläche erlaubt. Die superfizielle Glasschicht 202 weist beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 25 µm und 1 mm auf. Der Kunststoffbereich 204, welcher unter bzw. hinter der Glasschicht 202 liegt, weist beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 3 mm, insbesondere eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 2 mm, auf.
Die superfizielle Glasschicht 202 stellt in einem ersten Teilbereich der Abdeckscheibe 110 eine äußere Oberfläche der Abdeckscheibe 110 bereit, wobei der Kunststoffbereich 204 in einem zweiten Teilbereich der Abdeckscheibe 110 die äußere Oberfläche der Abdeckscheibe 110 bereitstellt. Des Weiteren ist eine Oberfläche 206 des Kunststoffbereichs 204 mit einer Versiegelungsschicht versehen. Der Kunststoffbereich 204 umfasst wenigstens eine Schicht aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht der Abdeckscheibe 110. Die Abdeckscheibe 110 weist einen Schichtaufbau auf, wobei der Schichtaufbau eine superfizielle Glasschicht 302 aus dem Silikatglas und einen Kunststoffbereich 304 umfasst. Die superfizielle Glasschicht 302 bildet durchgängig eine äußere Oberfläche der Abdeckscheibe 110. In Randbereichen der Abdeckscheibe 110 kann von dieser Durchgängigkeit abgewichen werden, um eine Befestigung der Abdeckscheibe 110 zu erleichtern.
Die beiden Einzelkomponenten der 2 und 3, d.h. die Glasschicht 202, 302 und der Kunststoffbereich 204, 304 werden mit einem Verbindungsmaterial in Form von Klebstoff verbunden. Dieser Klebstoff weist im ausgehärteten Zustand einen Brechungsindex für sichtbares Licht auf, welcher bei oder zwischen einem ersten Brechungsindex des Materials des Kunststoffbereichs 204, 304 und einem zweiten Brechungsindex des Materials der Glasschicht 202, 302 liegt. Alternativ oder zusätzlich wird in einem Laminierprozess durchgeführt, um die beiden Fertigungskomponenten zu einer Einheit gemäß der Abdeckscheibe 110 zusammenzufügen.
In einem weiteren Beispiel wird die Glasschicht 202, 302 direkt in den Kunststoffspritzprozess integriert. Hierbei ist zum einen eine Realisierung als Zwei-Komponenten-Spritzung oder ein Hinterspritzen der vorgeformten Glasschicht 202, 302 möglich.

Claims

Eine optische Einrichtung (100) für ein Kraftfahrzeug, die als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist, wobei die optische Einrichtung (100) umfasst: ein Lichtmodul (122) zur Erzeugung einer für den Fahrer des Kraftfahrzeugs sichtbaren Abstrahllichtverteilung (124); ein in einem Gehäuse (102) angeordnetes optisches Modul (104), welches dazu eingerichtet ist, mittels eines optischen Sensors (106) durch einen Abschnitt (108) einer Abdeckscheibe (110) in die optische Einrichtung (100) eintretendes Licht zu empfangen und mittels einer Lichtquelle (112) Licht durch den Abschnitt (108) der Abdeckscheibe (110) hindurch abzustrahlen; und das Gehäuse (102), dessen Lichtdurchtrittsöffnung durch die transparente Abdeckscheibe (110) verschlossen ist, wobei die transparente Abdeckscheibe (110) Kunststoff umfasst, und wobei wenigstens der dem optischen Modul (106) zugeordnete Abschnitt (108) der transparenten Abdeckscheibe (110) superfiziell Silikatglas umfasst.
Die optische Einrichtung (100) gemäß dem Anspruch 1, wobei die Abdeckscheibe einen Schichtaufbau aufweist, wobei der Schichtaufbau eine superfizielle Glasschicht (202; 302) aus dem Silikatglas und einen Kunststoffbereich (204; 304) umfasst.
Die optische Einrichtung (100) gemäß dem Anspruch 2, wobei die superfizielle Glasschicht (202) eine Dicke zwischen 25 µm und 1 mm aufweist.
Die optische Einrichtung (100) gemäß dem Anspruch 2 oder 3, wobei die superfizielle Glasschicht (202) in einem ersten Teilbereich der Abdeckscheibe (110) eine äußere Oberfläche der Abdeckscheibe (110) bereitstellt, und wobei der Kunststoffbereich (204) in einem zweiten Teilbereich der Abdeckscheibe (110) die äußere Oberfläche der Abdeckscheibe (110) bereitstellt.
Die optische Einrichtung (100) gemäß dem Anspruch 2 oder 3, wobei die superfizielle Glasschicht (302) durchgängig eine äußere Oberfläche der Abdeckscheibe (110) bereitstellt.
Die optische Einrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche 2 bis 4, wobei der Kunststoffbereich (204; 304) wenigstens eine Schicht aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat umfasst.
Die optische Einrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die optische Einrichtung (100) eine Reinigungsvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, mittels eines wenigstens über die äußere Oberfläche des Abschnitts (108) bewegbaren Reinigungselements (114) die Abdeckscheibe (110) abzureinigen.
Die optische Einrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die optische Einrichtung (100) eine bzw. die Reinigungsvorrichtung umfasst, welche einen Behälter (116) umfasst, der Reinigungsflüssigkeit bevorratet, wobei eine Pumpe (118) die Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter (116) fördert und die Reinigungsflüssigkeit mittels einer Abgabeeinheit (120) auf die Oberfläche des Abschnitts (108) der Abdeckscheibe (110) abgibt.
Die optische Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 wobei ein Verbindungsmaterial zwischen der Glasschicht (202, 302) und dem Kunststoffbereich (204, 304) einen Brechungsindex für sichtbares Licht aufweist, welcher bei oder zwischen einem ersten Brechungsindex des Materials des Kunststoffbereichs (204, 304) und einem zweiten Brechungsindex des Materials der Glasschicht (202, 302) liegt.