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Die Erfindung betrifft ein Optikmodul für ein Lichtgitter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Lichtgitter sind seit langem in vielfachen Anwendungen eingesetzte Sensoren. Im Grundaufbau entspricht ein Lichtgitter einer Vielzahl von Lichtschranken, deren Lichtstrahlen parallel zueinander angeordnet sind. Mit einem Lichtgitter können beispielsweise Vermessungsaufgaben durchgeführt werden, wobei die Abmessung eines Objekts anhand der unterbrochenen Strahlen bestimmt wird. Eine besonders wichtige Aufgabe erfüllen Lichtgitter in Überwachungsaufgaben, wo sie als virtuelle Zäune dienen und beispielsweise eine Gefahrenquelle absichern, wenn das Lichtgitter den Eintritt eines unzulässigen Objekts registriert.
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Zur Bedienung der unterschiedlichen Anwendungen müssen Lichtgitter in einer Vielzahl von Varianten etwa mit unterschiedlicher Baulänge, unterschiedlicher Strahlanzahl oder unterschiedlichem Strahlabstand hergestellt werden. Deshalb wird häufig ein modularer Aufbau gewählt, bei dem jeweils Gruppen mit einer kleineren Anzahl von Einzelstrahlen in einem Modul zusammengefasst sind.
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Bei der Herstellung eines Lichtgitters werden Leiterkarten mit den Lichtempfängern der Einzelstrahlen am Boden eines als langgestrecktes Profilelement ausgebildeten Gehäuses montiert. Darüber werden Optikmodule angeordnet, die eine Linse für die Strahlformung und einen Tubus aufweisen, der vorzugsweise nur Licht des zugehörigen Lichtsenders auf den Lichtempfänger durchlässt. An diese Optikmodule sind eine Reihe von Anforderungen gestellt. Sie sollen das Detektionsvermögen des Lichtgitters und dessen Verfügbarkeit über einen möglichst hohen Winkelbereich sicherstellen und Störungen durch Umspiegelung vermeiden.
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Solche Optikmodule bestehen bei herkömmlichen Lichtgittern aus zwei Teilen. Eine Mehrfachlinse umfasst mehrere miteinander verbundene Linsen entsprechend der Anzahl der Einzelstrahlen des Moduls, und in einem zugehörigen Tubuskörper ist für jede der Linsen jeweils ein Tubus vorgesehen. Die Linse ist dabei dem Tubus vorgeordnet. Das Detektionsvermögen des Lichtgitters wird durch die Öffnungsbegrenzung der ersten Blende nach der Linse festgelegt. Die Einzelteile werden durch Kleben, Ultraschallschweißen oder Warmnieten zusammengefügt. Das erfordert aber einen eigenen Prozessschritt in der Herstellung und die dafür benötigten Geräte und verteuert damit das Optikmodul.
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Die Tubenkonstruktion in dem zweiteiligen Aufbau weist zudem störende Wandflächen auf, die zu Reflexen in dem Tubus führen. Aufgrund von Umspiegelungen können diese Reflexe das Detektionsvermögen mindern. Oftmals müssen deshalb Reichweitenbeschränkungen vorgenommen oder Beschränkungen der Reichweitenbereiche vorgeschrieben werden, um die beeinträchtigenden Auswirkungen der Reflexe zu vermeiden.
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Die Optikmodule werden so in dem Gehäuse des Lichtgitters eingesetzt, dass die empfangenen Lichtstrahlen jeweils durch eine Linse und deren Tubus auf einen der Lichtempfänger fällt. Die laterale Justage ist dabei durch die Dimensionen von Optikmodul und Gehäuse gewährleistet. Eine herkömmliche Lösung sieht hier Federkräfte vor, um die Optikmodule an ihre Bezugsflächen zu drängen. Um das Optikmodul und die Leiterkarte auch in Längsrichtung zur Deckung zu bringen, wird das Optikmodul in einer Art innerer Führungsschiene des Lichtgitters in Längsrichtung bewegt. Dabei müssen die Federkräfte überwunden werden, und deshalb kann sich besonders bei langen Lichtgittergehäusen eine erhebliche Einschubkraft aufsummieren. Die zu wählende Federkraft bildet also einen Kompromiss zwischen der erforderlichen Einschubkraft und der mechanischen Belastbarkeit. Bei Schwing-/Schockbelastung können die Federelemente brechen.
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Ist die richtige Position erreicht, so wird das Optikmodul abschließend fixiert. Dies geschieht herkömmlich erneut durch einen Klebe-, Ultraschallschweiß- oder Warmnietprozess, der die Prozesskosten erhöht.
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An den Enden des Gehäuses werden abschließend Endkappen befestigt. Eine herkömmliche Lösung sieht dafür die Verwendung von selbstfurchenden Schrauben vor. Dies erzeugt aber Späne, die ins Innere des Sensors gelangen und so Störungen verursachen können.
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Aus der
DE 10 2005 046 359 A1 ist ein Lichtgitter mit mehreren Lichtsender- und Lichtempfängermodulen bekannt, die auf flexiblen Leiterkarten montiert sind. Diese Flexibilität wird bei der Ausrichtung zu eine Blendenplatte und optischen Elementen ausgenutzt. Auf die Herstellung der Optikmodule und deren Montage in ein Lichtgittergehäuse geht die
DE 10 2005 046 359 A1 aber nicht ein.
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In der
EP 1 980 878 A1 ist eine Doppellinse vorgesehen, die von einem Trägerkörper mit Tuben justiert gehaltert wird. Die Verbindung zwischen Doppellinse und Trägerkörper erfolgt aber auf herkömmliche Weise, etwa durch Ultraschallschweißen. Da die
EP 1 980 878 A1 sich nicht mit den spezifischen Anforderungen der Herstellung eines Lichtgitters befasst, finden sich keine Erläuterungen zur Montage von Doppellinse und Trägerkörper in einem Lichtgittergehäuse und der dabei erforderlichen Justage in Längsrichtung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines Lichtgitters weiter zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Optikmodul für ein Lichtgitter nach Anspruch 1 und durch ein Lichtgitter mit einem Optikmodul nach Anspruch 15 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, das Optikmodul durch einfaches Zusammenstecken herzustellen. Eine Mehrfachlinse wird so zwischen einem Tubuskörper und einem Linsenträger gehaltert. In dem Linsenträger sind Blendenöffnungen vorgesehen, so dass die ersten Blenden bereits vor und nicht wie sonst üblich hinter den Linsen angeordnet sind. Das zusammengesteckte Optikmodul ist zunächst noch nicht gänzlich stabil gegen Kräfte, welche die Steckverbindungen zu lösen versuchen. Eine Fixierung gegen derartige Kräfte erfolgt in einem nachgeordneten Fertigungsschritt durch das umgebende Lichtgittergehäuse.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Montage erheblich vereinfacht wird. Es sind weder empfindliche Montageelemente, wie Clips, Federelemente oder Schnappelemente, noch aufwändige Fügeprozesse wie Kleben, Warmnieten oder Ultraschallschweißen erforderlich. Durch den dreiteiligen Aufbau des Optikmoduls aus Tubuskörper, Mehrfachlinse und Linsenträger können im Gegensatz zu dem herkömmlichen zweiteiligen Aufbau ungünstig angeordnete oder orientierte Tubuswandungen vermieden werden, die zu störenden Reflexionen führen. Da mit den Blendenöffnungen des Linsenträgers die ersten Blenden in dem optischen Kanal vor die Linse vorgezogen werden, können innere Reflexionen unterdrückt werden. Durch diese Maßnahmen wird Detektion von schräg einfallendem Licht und optisches Übersprechen zwischen den Kanälen deutlich reduziert. Der Linsenträger kann überdies mit einer glatten Oberseite hergestellt werden und bietet so eine durchgehende, leicht bedruckbare Fläche für eine einfache Beschriftung.
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Mehrfachlinse, Linsenträger und/oder Tubuskörper sind bevorzugt jeweils einstückig. So lassen sie sich besonders einfach herstellen und für das Zusammenstecken zu einem Modul handhaben.
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Besonders bevorzugt sind Mehrfachlinse, Linsenträger und/oder Tubuskörper Spritzgussteile. Damit werden diese Bauteile sehr kostengünstig herstellbar.
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Mehrfachlinse, Linsenträger und/oder Tubuskörper weisen bevorzugt jeweils Steckverbindungselemente auf, welche beim Zusammenstecken die relative Lage von Mehrfachlinse, Linsenträger und Tubuskörper zueinander festlegen. Derartige Steckverbindungselemente sind beispielsweise Buchsen, Stecker oder Pins. Aufgrund der Steckverbindungselemente bestehen für das Zusammenstecken des Optikmoduls keine Freiheitsgrade, die nachjustiert werden müssten, so dass die Elemente des Optikmoduls automatisch und reproduzierbar die richtige Lage und Orientierung zueinander haben.
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Die Linsen sind bevorzugt untereinander gleichartig ausgebildet, weisen insbesondere dieselben optischen Eigenschaften, Geometrien und Abmessungen auf. Zu den optischen Eigenschaften der Linse zählen beispielsweise deren Material, Brennweite und sonstige Linseneigenschaften. Damit sind die Strahlformungseigenschaften in allen optischen Kanälen untereinander identisch.
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Die Tuben sind bevorzugt untereinander gleichartig ausgebildet, weisen insbesondere dieselben Geometnen und Abmessungen auf. Damit sind auch die Blendeneigenschaften und die Führungscharakteristik für einfallendes Licht in den optischen Kanälen untereinander identisch, wie dies bei einem Lichtgitter in der Regel gefordert ist.
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Ein Tubus weist bevorzugt einen größeren Durchmesser auf als eine Linse. Wenn die Tuben und Linsen untereinander gleichartig ausgebildet sind, gilt dieses Größenverhältnis folglich für alle Tuben und Linsen. Wenn der Tubus größer ist als die Linse, fällt auch schräg einfallendes Licht auf den Tubuskegel und nicht in den Zwischenbereich, der zwei Tuben beispielsweise mit einer Trennwand voneinander abtrennt. Dadurch wird es in dem Tubus absorbiert oder wieder nach außen reflektiert, statt in unerwünschter Weise aus dem Zwischenbereich zu einem Lichtempfänger zu gelangen.
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Die Abmessungen der ersten Blendenöffnungen und der Linsen liegen bevorzugt in der gleichen Größenordnung. Die ersten Blendenöffnungen sind somit große, an die Linsen angepasste Blenden, die das Detektionsvermögen sicherstellen.
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Die Tuben weisen bevorzugt an einem der Linse entgegengesetzt angeordneten Ende zweite Blendenöffnungen auf, so dass die optischen Kanäle des Optikmoduls jeweils aus einer ersten Blendenöffnung, einer Linse, einem Tubus und einer zweiten Blendenöffnung entstehen. Die zweiten Blendenöffnungen sind entsprechend einer typischen Tubusgeometrie deutlich kleiner als die ersten Blendenöffnungen, so dass hauptsächlich nahezu senkrecht einfallendes Licht des gegenüberliegenden Senders des jeweiligen optischen Kanals durch die zweiten Blendenöffnungen zu den dahinter angeordneten Lichtempfängern hindurchtritt. Damit wird die selektive Zuordnung der optischen Kanäle verbessert und optisches Übersprechen sowie die Detektion von schräg einfallendem Licht weiter unterdrückt.
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Der Tubuskörper weist bevorzugt jeweils zwischen zwei Tuben eine Zwischenwand oder einen Zwischensteg auf. Damit werden die optischen Kanäle stärker voneinander getrennt, somit optisches Übersprechen weiter verhindert.
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Die Tuben sind bevorzugt kegelförmig ausgebildet, insbesondere mit der zweiten Blendenöffnung in der Kegelspitze. Die Kegelform eignet sich besonders, um selektiv nur senkrecht einfallendes Licht des gegenüberliegenden Senders eines optischen Kanals auf den Lichtempfänger gelangen zu lassen. Dazu muss aber der Strahlabstand zwischen den optischen Kanälen groß genug sein, damit kegelförmige Tuben hinreichend Platz finden. Das ist beispielsweise bei einem Strahlabstand von 30 mm der Fall.
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Die Tuben weisen alternativ quer zu der Längsrichtung schräge Seitenwände und in Längsrichtung keine, steilere oder im Wesentlichen senkrechte Seitenwände auf. Bei zu geringem Strahlsabstand, etwa von nur 14 mm, steht unter Umständen nicht mehr genügend Raum für kegelförmige Tuben zur Verfügung. Dann wird eine Annäherung an die Kegelform in Querrichtung gewählt, während in Längsrichtung steilere oder sogar fast senkrechte Wände dafür sorgen, dass die Tuben in geringem Abstand zueinander angeordnet werden können. Alternativ sind die Tuben in Längsrichtung offen.
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Der Linsenträger und/oder der Tubuskörper weisen bevorzugt seitliche, sich in Längsrichtung erstreckende erste Montageelemente auf. Mit Hilfe der ersten Montageelemente kann ein Optikmodul in ein Lichtgittergehäuse eingeschoben werden, wobei die Ausrichtung des Optikmoduls durch einen Eingriff der ersten Montageelemente und zweiter Montageelemente des Lichtgittergehäuses festgelegt ist. Dieser Eingriff sorgt auch dafür, dass die Steckverbindungen zwischen den drei Elementen Tubuskörper, Mehrfachlinse und Linsenträger des Optikmoduls aufrechterhalten wird.
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Die ersten Montageelemente von Linsenträger und Tubuskörper sind bevorzugt in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Das sorgt für eine zusätzliche Stabilität des Optikmoduls, weil die ersten Montageelemente sich durch die versetzte Anordnung einer gegenseitigen Verschiebung von Linsenkörper und Tubuskörper in Längsrichtung widersetzen.
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Die oben gestellte Aufgabe wird auch durch ein Lichtgitter gemäß Anspruch 15 gelöst, das mindestens ein insbesondere wie soeben beschrieben erfindungsgemäß ausgebildetes Optikmodul und ein in Längsrichtung langgestrecktes Gehäuse aufweist. Das Optikmodul weist in Längsrichtung erste Montageelemente und das Gehäuse in Längsrichtung zweite Montageelemente auf, so dass das Optikmodul unter gegenseitigem Eingriff der ersten Montageelemente und der zweiten Montageelemente in dem Gehäuse in Längsrichtung verschiebbar in das Gehäuse einschiebbar ist. Das Gehäuse ist durch Einwirkung einer gegenüber der Längsrichtung seitlichen Kraft gegen eine Federwirkung verformbar, um die Verschiebung zu ermöglichen. Ohne Einwirkung einer seitlichen Kraft ist das Optikmodul durch den Eingriff in dem Gehäuse auch in Längsrichtung fixiert gehaltert.
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Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass auch für die Montage des Optikmoduls in dem Lichtgitter keinerlei Fügeprozess, wie Kleben, Ultraschallschweißen oder Warmnieten, erforderlich ist. Ebenso bedarf es keinerlei zusätzlicher Teile, um die Optikmodule zu fixieren, da die fixierte Halterung durch das Lichtgittergehäuse als solches erfolgt. Es ergibt sich eine hohe Schwing- und Schockfestigkeit, weil keine Federelemente vorhanden sind, die brechen könnten.
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Die ersten und zweiten Montageelemente bilden vorzugsweise einen in Längsrichtung ausgedehnten Vorsprung oder Wulst beziehungsweise eine entsprechende Führungsnut. Der Eingriff des Vorsprungs in der Führungsnut ermöglicht Verschiebungen nur in Längsrichtung und legt somit die übrigen Lage- und Orientierungsfreiheitsgrade fest. Das Querschnittsprofil des Gehäuses wird durch die seitliche Kraft verändert. Der Eingriff zwischen Vorsprung und Führungsnut wird dabei gelockert, weil die Geometrie der Führungsnut verändert oder der Vorsprung in einen anderen Bereich der Führungsnut gedrückt wird. In dieser Situation erlaubt der Eingriff zwischen ersten und zweiten Montageelementen eine Verschiebung in Längsrichtung. Ohne die seitliche Krafteinwirkung federt das Gehäuse in seine ursprüngliche Gestalt zurück, beispielsweise weil es aus einem flexiblen Material besteht, und verhindert aufgrund eines nun starren Eingriffs der ersten und zweiten Montageelemente eine weitere Verschiebung des Optikmoduls auch in Längsrichtung.
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Besonders bevorzugt sind die ersten Montageelemente Montagevorsprünge und die zweiten Montageelemente Führungsnuten. Somit sind die Führungsnuten in dem Gehäuse vorgesehen. Dadurch bilden sie durchgehende Führungsschienen auch für eine Vielzahl von Optikmodulen.
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Die Enden der Führungsnuten dienen bevorzugt als Schraubkanal für Endkappen des Gehäuses. Damit können die Führungsnuten eine Doppelfunktion erfüllen, denn zusätzliche Schraublöcher für die Montage der Endkappen werden so verzichtbar. Die doppelte Verwendung der Führungsnuten auch als Schraubkanal verringert den Platzbedarf. Die derart nach Innen verlagerten Schraubkanäle haben damit keinen Einfluss auf das Design und die Außengeometrie des Lichtgitters.
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Die Endkappen sind bevorzugt mit Hilfe von selbstfurchenden Schrauben in den Führungsnuten befestigt. Damit muss kein Schraubgewinde vorbereitet werden. Die Metallspäne können aufgrund der Verwendung der Führungsnuten als Schraubkanal nicht ins Innere des Lichtgitters gelangen und somit dort auch keine Störungen verursachen, weil die Führungsnuten bereits durch die ersten Montageelemente besetzt sind.
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Die seitliche Kraft ist bevorzugt durch ein Spreizen oder ein Zusammendrücken eines Querschnitts des Gehäuses ausgeübt. Dies lässt sich leicht im Rahmen der Fertigung durch entsprechend vorbereitete Montageplätze erreichen. Besonders eine zusammendrückende Kraft kann sehr einfach über die gesamte Längsausdehnung ausgeübt werden.
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In dem Gehäuse ist bevorzugt vor dem Optikmodul eine Frontscheibe angeordnet, welche die Verformung des Gehäuses bei Ausüben einer seitlichen Kraft verhindert. Sobald also die Frontscheibe in einem späteren Fertigungsschritt eingesetzt ist, kann das Gehäuse nicht erneut gespreizt oder zusammengedrückt werden. Gerade einem Zusammendrücken widersetzt sich die Frontscheibe, weil sie dabei verbogen oder gar zerstört werden müsste. Damit bleibt nach Einsetzen der Frontscheibe aber auch der Eingriff der Montageelemente fixiert, so dass das Optikmodul nicht mehr in Längsrichtung verschoben werden kann und so die richtig justierte Anordnung der Optikmodule in dem Lichtgitter erhalten bleibt.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
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1a eine dreidimensionale Ansicht eines Tubuskörpers für eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikmoduls;
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1b eine dreidimensionale Ansicht einer Doppellinse für eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikmoduls;
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1c eine dreidimensionale Ansicht eines Linsenträgers für eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikmoduls;
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2a eine dreidimensionale Vorderansicht auf ein zusammengesetztes Optikmodul aus Tubuskörper gemäß 1a, Doppellinse gemäß 1b und Linsenträger gemäß 1c;
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2b eine weitere dreidimensionale Ansicht auf die Rückseite des Optikmoduls gemäß 2a;
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2c ein Querschnittsdarstellung des Optikmoduls gemäß 2a;
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3a eine dreidimensionale Ansicht eines Tubuskörpers für eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikmoduls;
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3b eine dreidimensionale Ansicht einer Mehrfachlinse für eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikmoduls;
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3c eine dreidimensionale Ansicht eines Linsenträgers für eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikmoduls;
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4a eine dreidimensionale Vorderansicht auf ein zusammengesetztes Optikmodul aus Tubuskörper gemäß 3a, Mehrfachlinse gemäß 3b und Linsenträger gemäß 3c;
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4b eine weitere dreidimensionale Ansicht auf die Rückseite des Optikmoduls gemäß 4a;
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4c eine Querschnittsdarstellung des Optikmoduls gemäß 4a;
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5a eine Querschnittsdarstellung des Profilquerschnitts eines Gehäuses für ein Lichtgitter;
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5b eine Querschnittsdarstellung, in der das Optikmodul gemäß 2 in das Gehäuse gemäß 5a eingeschoben ist, und
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5c eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines in ein Gehäuse eingeschobenen Optikmoduls.
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1a–c zeigt in dreidimensionalen Ansichten drei Komponenten einer ersten Ausführungsform eines in 2 in verschiedenen Ansichten dargestellten erfindungsgemäßen Optikmoduls 100, nämlich in 1a einen Tubuskörper 10, in 1b eine Doppellinse 30 und in 1c einen Linsenträger 50. In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder einander entsprechenden Merkmale.
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Der in 1a gezeigte Tubuskörper 10 umfasst zwei kegelförmige Tuben 12, in deren Spitze sich jeweils eine Blende 14 befindet. Die beiden Tuben 12 sind durch eine Zwischenwand 16 voneinander getrennt. In der Mitte der Zwischenwand 16 und damit auch des Tubuskörpers 10 ist ein Pin oder Stecker 18 vorgesehen. Zu beiden Seiten der Tuben 12 weist der Tubuskörper 10 Montagevorsprünge 20 auf.
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Die in 1b gezeigte Doppellinse 30 umfasst an ihren beiden Enden jeweils eine Linse 32 sowie einen Zwischenbereich 34, der die beiden Linsen 32 verbindet und zusammenhält. In der Mitte des Zwischenbereichs 34 ist eine Stecköffnung 36 angeordnet.
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Der in 1c gezeigte Linsenträger 50 ist in seiner Grundform wie ein Deckel ausgestaltet, dessen Seitenwände sich mit trapezförmigem Querschnitt nach außen neigen. Unten an den Seitenwänden befinden sich zu beiden Enden des Linsenträgers 50 weitere Montagevorsprünge 52. Wie im Vergleich mit 1a erkennbar, sind die Montagevorsprünge 52 des Linsenträgers 50 gegenüber den Montagevorsprüngen 20 des Tubuskörpers versetzt angeordnet, so dass sie nach dem Zusammensetzen des Optikmoduls 100 gemeinsam einen durchgehenden Montagevorsprung bilden. Auf der Oberseite des Linsenträgers 50 sind zwei Blendenöffnungen 54 vorgesehen. Eine Steckbuchse befindet sich auf der Rückseite der gezeigten Oberseite und ist deshalb in der Darstellung nicht zu sehen. Tubuskörper 10, Doppellinse 30 und Linsenträger 50 sind vorzugsweise einstückig beziehungsweise als Spritzgussteile hergestellt.
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2 zeigt das Optikmodul 100, das durch Zusammenstecken von Tubuskörper 10, Doppellinse 30 und Linsenträger 50 entsteht. Dabei ist 2a eine dreidimensionale Vorderansicht, 2b eine dreidimensionale Rückansicht und 2c ein Querschnitt. Zur Montage des Optikmoduls 100 wird der Stecker 18 des Tubuskörpers durch die Stecköffnung 36 der Doppellinse in die nicht gezeigte Steckbuchse des Linsenträgers 50 gesteckt. Die Montagevorsprünge 20, 52 greifen dabei ineinander und sorgen für zusätzliche Stabilität. Somit werden die drei Einzelteile 10, 30, 50 lediglich zusammengesteckt und erhalten ihre genaue Position durch Pin/Buchse-Paare an den jeweiligen Einzelteilen.
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Das Optikmodul 100 bildet zwei optische Kanäle, die jeweils in dieser Reihenfolge des Strahlwegs eine Blendenöffnung 54, eine Linse 32, einen Tubus 12 und eine Blende 14 aufweisen. Die Linse 32 liegt demnach hinter einer großen Blendenöffnung 54, welche das Sensordetektionsvermögen sicherstellt. Der Tubus 12 ist im Durchmesser größer als die Linse 32 ausgestaltet, so dass auch bei schräg einfallender Beleuchtung Licht auf den Kegel des Tubus' 12 fällt und nicht auf eine Zwischenwand 16, die das unerwünschte schräg einfallende Licht zu der unteren Blende 14 reflektieren könnte.
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Der Blende 14 wird dann in der weiteren Fertigung ein Lichtempfänger nachgeordnet. Durch die Gestaltung der optischen Kanäle leitet das Optikmodul 100 selektiv nur das Licht eines gegenüberliegenden, zugeordneten Senders auf den Lichtempfänger.
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Wie in 2b zu erkennen, sind auf der Unterseite des Tubuskörpers 10 eine Reihe von Abstandselementen 22a–b vorgesehen. Diese dienen dazu, das Optikmodul nach der später noch beschriebenen Endmontage in einem Lichtgittergehäuse nach unten abzustützen.
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Die anhand der 1 und 2 erläuterte Ausführungsform benötigt für die kegelförmigen Tuben 12 einen gewissen Mindestabstand der optischen Kanäle, beispielsweise von 30 mm. Bei engem Strahlabstand, beispielsweise von nur 14 mm, ist unter Umständen die Ausführung des Kegels nicht in dem erforderlichen Maße möglich. Die 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform, die besonders für enge Strahlabstände geeignet ist.
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Dabei zeigt 3 analog der 1 dreidimensionale Ansichten der drei Komponenten des Optikmoduls 100 gemäß der zweiten Ausführungsform, nämlich in 3a einen Tubuskörper 10, in 3b eine Mehrfachlinse 30 und in 3c einen Linsenträger 50. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform sind hier fünf optische Kanäle je Optikmodul 100 vorgesehen. Sowohl die zwei optischen Kanäle der ersten Ausführungsform als auch die fünf optischen Kanäle der zweiten Ausführungsform sind aber rein beispielhaft zu verstehen.
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Der in 3a gezeigte Tubuskörper 10 unterscheidet sich von dem Tubuskörper 10 der 1a außer in der veränderten Anzahl von Tuben 12 vor allem in der Geometrie der Tuben 12. In Querrichtung weisen die Tuben 12 weiterhin einen von beiden Seiten zur Mitte hin abfallenden Verlauf auf, wobei anstelle eines Dreiecksquerschnitts wie in einem Kegel auch ein abgerundeter Verlauf gewählt werden kann. In Längsrichtung dagegen sind sehr steile Wände vorgesehen, um die Tuben 12 trotz des geringen Strahlabstands abschließen zu können. Alternativ wird in Längsrichtung auf Seitenwände ganz verzichtet, damit das Licht nicht unkontrolliert an einer steilen Seitenwand reflektiert wird. Anstelle der Zwischenwand 16, die verhindern soll, dass Licht von der Nachbarlinse zur Blende 14 gelangen kann, sind Zwischenstege 24 zwischen den Tuben 12 vorgesehen, um so das optische Übersprechen zu reduzieren. An dem Zwischensteg 24 kann nur ein geringerer Lichtanteil zu der Blende 14 reflektiert werden als an einer Zwischenwand 16.
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Die in 3b gezeigte Mehrfachlinse 30 weist in dem Beispiel der zweiten Ausführungsform fünf Linsen 32 auf. Steckelemente 36 an den Zwischenbereichen 34 sorgen dafür, dass die Linsen 32 beim Zusammenstecken des Optikmoduls 100 richtig angeordnet werden und vergrößern die Stabilität des Optikmoduls 100.
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Der in 3c gezeigte Linsenträger 50 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich kaum von der ersten Ausführungsform. Verändert ist die Anzahl und engere Anordnung der Blendenöffnungen 52 sowie die Ausdehnung und Anordnung der Montagevorsprünge 52, die entsprechend den Lücken zwischen den Montagevorsprüngen 20 des Tubuskörpers 10 ausgebildet sind.
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Die 4a–c zeigen analog den 2a–c das Optikmodul 100 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer dreidimensionalen Vorderansicht, einer dreidimensionalen Rückansicht beziehungsweise einer Querschnittsansicht.
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5a zeigt in einer Querschnittsansicht ein Gehäuse 70 eines Lichtgitters. Wie durch einen Pfeil 72 angedeutet, kann durch Ausüben einer seitlichen Kraft, etwa einem Spreizen oder einem Zusammendrücken, der Querschnitt des Gehäuses 70 verändert werden. Das Gehäuse 70 setzt dieser seitlichen Kraft eine Federkraft entgegen, beispielsweise indem es aus einem entsprechend flexiblen Metall oder sonstigen Material hergestellt ist. Sobald demnach die seitliche Kraft nicht mehr ausgeübt wird, federt das Gehäuse 70 in die Ausgangsstellung zurück. In dem Gehäuse 70 verläuft zu beiden Seiten in Längsrichtung, also in die Papierebene hinein, jeweils eine Führungsnut 74.
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5b zeigt nochmals das Gehäuse 70, wobei hier ein Optikmodul 100 in das Gehäuse 70 eingesetzt ist. Der Fertigungsschritt, mit dem das Optikmodul 100 in das Gehäuse 70 eingeschoben wird, verläuft wie folgt: Zunächst wird das Gehäuse 70 geringfügig zusammengepresst. Dann werden die Montagevorsprünge 20, 52 in die Führungsnut 70 eingesetzt und das Optikmodul 100 in Längsrichtung so weit wie erforderlich in das Gehäuse 70 eingeschoben.
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Der Eingriff der Montagevorsprünge 20, 52 in die Führungsnut 70 lässt eine Verschiebung in Längsrichtung nur dann ohne Widerstand zu, wenn das Gehäuse 70 zusammengepresst bleibt. Sobald die seitliche Kraft nicht mehr ausgeübt wird, federt das Gehäuse 70 in seine Ausgangsstellung zurück. Dieser Zustand ist in 5b gezeigt. Die Führungsnut 74 hat innen einen kleineren Durchmesser und hält deshalb in dem zurückgefederten Zustand die Montagevorsprünge 20, 52 fest. Solange das Gehäuse 70 dagegen zusammengedrückt ist, sind die Montagevorsprünge in einem Bereich der Führungsnut 74 größeren Durchmessers angeordnet und deshalb ohne Kraftaufwand einführbar und in Längsrichtung verschiebbar.
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In dem zusammengebauten Zustand, der in 5b gezeigt ist, werden die Komponenten des Optikmoduls 100, also Tubuskörper 10, Mehrfachlinse 30 und Linsenträger 50 sowie eine zugehörige Leiterplatte mit den Lichtempfängern und gegebenenfalls weitere Ansteuerungs- und Auswertungselektronik miteinander verriegelt, so dass auf zusätzliche Fügeprozesse verzichtet werden kann. Außerdem verspannen sich die Komponenten des Optikmoduls 100 durch das Zurückfedern des Gehäuses 70 und sind so ohne Fügeprozess gegen Verschieben gesichert.
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Nachdem alle vorgesehenen Optikmodule 100 in der beschriebenen Weise durch Einschiebetechnik in dem Gehäuse 70 montiert sind und auch die weiteren Bauteile des Lichtgitters, wie zusätzliche Leiterplatten mit Auswertungselektronik, Anschlüsse und dergleichen, in das Gehäuse 70 eingesetzt sind, werden an den Enden des Gehäuses 70 Endkappen montiert. Dabei kann die Führungsnut 74 zugleich als Schraubkanal genutzt werden. Die Endkappen werden dazu vorzugsweise mit selbstfurchenden Schrauben befestigt, die in die Führungsnut 74 eingeschraubt werden. Der von den Führungsnuten 74 gebildete Schraubkanal ist zwar nach innen geöffnet, jedoch wird durch die eingeführten Optikteile des Optikmoduls 100 eine Verschmutzung durch eindringende Späne beziehungsweise Metallspäne vermieden.
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Im Anschluss an die Montage der Optikmodule 100 wird üblicherweise noch eine schützende durchsichtige Frontscheibe in dafür vorgesehenen Nuten 74 des Gehäuses 70 eingesetzt. Diese Frontscheibe verhindert zugleich ein erneutes Zusammendrücken des Gehäuses 70 und somit die Gefahr, dass sich im Geräteinneren nachträglich die Optikmodule 100 verschieben.
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5c zeigt noch eine alternative Ausführungsform für das Profil eines Gehäuses 70 für ein Lichtgitter. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 5a–b wird hier die seitliche Kraft für das Einschieben des Optikmoduls 100 nicht durch Zusammendrücken, sondern durch Spreizen des Gehäuses 70 ausgeübt. Dementsprechend wird im verriegelten Zustand des Optikmoduls 100 in dem Gehäuse 70 ohne Einwirken der seitlichen Kraft das Optikmodul nicht mehr durch Ziehen, sondern durch Drücken von dem Gehäuse 70 gehalten. Das Optikmodul 100 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Optikmodul 100 der 1 bis 4, indem die Profilierung der Montagevorsprünge 20, 52 angepasst ist, um das Optikmodul 100 bei einer Druckkraft in die Führungsnut 74 hinein anstelle einer Zugkraft stabil zu halten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005046359 A1 [0010, 0010]
- EP 1980878 A1 [0011, 0011]
