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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Scheibenreinigungsvorrichtung in
Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
der
EP 1 024 068 A2 wird
eine derartige Scheibenreinigungsvorrichtung beschrieben, die eine
als Hochdruckpumpe ausgelegte Fördereinrichtung
umfasst, die aus einem Vorratsbehälter Reinigungsfluid fördert, welches über eine
Fluidaustrittsdüse
auf eine zu reinigende Fahrzeugscheibe gespritzt wird. Die Hochdruckpumpe
ist derart ausgelegt, dass ein variabler Förderdruck erzeugt werden kann,
beispielsweise über
eine Änderung
der Taktfrequenz einer Versorgungsspannung für die Pumpe. Die Einstellung
der Hochdruckpumpe erfolgt über
Signale einer Steuerungseinrichtung, die mit der Hochdruckpumpe über Datenleitungen
verbunden ist. Bei der Ansteuerung der Hochdruckpumpe kann die Fahrzeuggeschwindigkeit
berücksichtigt
werden, indem der Förderdruck
der Hochdruckpumpe in Abhängigkeit
der Geschwindigkeit eingestellt wird.
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Bei
der Steuereinrichtung, über
die die Hochdruckpumpe einzustellen ist, handelt es sich um ein zentrales
Steuergerät
im Fahrzeug, das über
diverse Datenleitungen mit verschiedenen Aggregaten bzw. Nebenaggregaten
im Fahrzeug verbunden ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass sensorische
Daten, die den aktuellen Fahrzeugzustand beschreiben, im Steuergerät verfügbar sind.
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Die
in der
EP 1 024 068
A2 beschriebene Scheibenreinigungsvorrichtung dient zur
Reinigung von Fahrzeugscheiben. Derartige Reinigungsvorrichtungen
müssen
sowohl für
die Frontscheibe als auch die Heckscheibe vorgesehen sein. Darüber hinaus werden
ggf. weitere Scheibenreinigungsvorrichtungen für die Fahrzeugscheinwerfer
benötigt.
Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit, eine Mehrzahl ähnlich aufgebauter
Hochdruckpumpen vorsehen zu müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt ausgebildete
und vielseitig einsetzbare Scheibenreinigungsvorrichtung anzugeben.
Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung soll die Anzahl von Pumpen für Scheibenreinigungsvorrichtungen
im Fahrzeug reduziert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Die
erfindungsgemäße Scheibenreinigungsvorrichtung,
die in Kraftfahrzeugen Verwendung findet, umfasst einen Vorratsbehälter zur
Aufnahme von Reinigungsfluid, eine elektrisch betätigbare
Pumpe zur Förderung
des Reinigungsfluids, eine Fluidaustrittsdüse, über die das Fluid auf die zu
reinigende Oberfläche
geleitet wird, sowie eine Steuerungseinrichtung, die Stellsignale
zur Ansteuerung der Pumpe erzeugt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung
am Pumpengehäuse
angeordnet ist und mit der Pumpe eine vorgefertigte Baueinheit bildet.
Diese Ausführung
weist zum einen den Vorteil auf, dass die Pumpe und die Steuerungseinrichtung
als vorgefertigtes Modul am Einbauort im Fahrzeug montiert werden
können,
wodurch der Montageaufwand reduziert ist. Zum andern können in
der Steuerungseinrichtung speziell auf den verwendeten Pumpentyp
angepasste Funktionen realisiert sein, insbesondere Steuerungsfunktionen
zur Einstellung der Förderleistung
in Abhängigkeit
diverser Zustands- und Betriebsgrößen. Der wesentliche Vorteil
besteht darin, den Wasserverbrauch zur Reinigung der Scheiben zu
verringern. Bisherige Pumpen sind für Maximaldruck und großen Volumenstrom
ausgelegt, um auch bei hohen Geschwindigkeiten auch eine optimale
Reinigungswirkung zu erzielen. Diese konstante Pumpenleistung ist
aber bei geringen Geschwindigkeiten nicht notwendig. Durch die Erfindung
kann die jeweils angepasste minimal erforderliche Pumpenleistung
eingestellt werden. Möglich
ist auch, einen einheitlichen Pumpentyp für verschiedene Anwendungsfälle zu verwenden,
wobei die Pumpe über
die Steuerungseinrichtung auf den jeweiligen Einsatzzweck eingestellt
wird. Durch die Gleichteileverwendung reduziert sich der Kostenaufwand.
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Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass der Komplexitätsgrad im Kraftfahrzeug hinsichtlich
der eingesetzten Regel- bzw. Steuergeräte reduziert wird. Durch die
Entflechtung der Funktionalitäten
und Auslagerung der auf die Pumpenfunktion spezialisierten Steuerungseinrichtung
kann das zentrale Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug um entsprechend
diese Funktionalitäten
reduziert werden.
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Die
Steuerungseinrichtung ist beispielsweise als mit Halbleiterelementen
bestückte
Platine ausgebildet, die mit dem Gehäuse der Pumpe fest verbunden
ist, wobei die Steuerungseinrichtung sowohl innerhalb als auch außerhalb
des Gehäuses
angeordnet sein kann. Die Kommunikation mit mindestens einem weiteren
Steuergerät
im Fahrzeug, in der Regel dem zentralen Regel- bzw. Steuergerät, erfolgt über fahrzeuginterne
Datenverbindungen, insbesondere über
CAN-Bussysteme. Über
die Datenverbindungen werden Signale ausgetauscht, unter anderem
sensorisch ermittelte Fahrzeugzustandsgrößen wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit,
aber auch fahrzeugunabhängige
Umgebungsgrößen wie
beispielsweise die Außentemperatur
oder die aktuelle Witterung. Als Datenverbindung kann neben dem
erwähnten CAN-Bussystem
auch ein LIN-Bussystem (Local Interconnect Network) als Subsystem
des CAN-Busses verwendet werden. Grundsätzlich sind aber auch sonstige
Bussysteme möglich,
beispielsweise FlexRay oder MOST.
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Eine
Steuerungseinrichtung unmittelbar an der elektrischen Pumpe vorzusehen,
weist den weiteren Vorteil auf, dass in einer Speichereinheit der Steuerungseinheit
fahrzeugspezifische Datensätze unterschiedlicher
Fahrzeugtypen hinterlegt werden können, die über ein Codierungssignal akti vierbar sind.
Dadurch ist es möglich,
sämtliche
Daten wie Druckprofile, Volumenstromprofile oder Zeitprofile der
Fahrzeugpalette eines oder mehrerer Hersteller abzuspeichern und
mit dem Einbau im Fahrzeug den passenden Datensatz mittels der Codierung
zu aktivieren. Die Codierung kann automatisch oder manuell erfolgen.
Auch der jeweilige Einsatzort innerhalb des Fahrzeuges, also beispielsweise
die Verwendung der elektrischen Pumpe zur Scheibenreinigung oder
zur Scheinwerferreinigung, kann mittels Codierungssignal aktiviert
werden.
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Die
elektrische Pumpe ist zweckmäßig als drehzahlgesteuerte
Pumpe ausgeführt,
deren Volumenstromförderleistung
bzw. Druck über
die Drehzahl einstellbar ist. Daneben können aber auch weitere elektrisch
betätigbare
Pumpentypen eingesetzt werden, beispielsweise Membranpumpen oder
Kolbenpumpen.
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In
der Pumpen-Steuerungseinrichtung können zusätzliche Funktionalitäten realisiert
werden, beispielsweise Sensoren angeordnet sein, über die entweder
Umgebungsgrößen oder
Fahrzeugzustands- und Betriebsgrößen detektierbar
sind. Beispielsweise kann ein Füllstandssensor
zur Detektierung des Füllstandes
im Vorratsbehälter
in die Steuerungseinrichtung integriert werden. Bei dem Füllstandssensor
handelt es sich insbesondere um einen Hall-Sensor.
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Eine
weitere Funktionalität
besteht darin, dass eine Reduzierung der Abschaltspannung auf beispielsweise
40 Volt möglich
ist. Blockiert der Motor der Pumpe z. B. durch Verstopfen oder Einfrieren kann
ebenfalls der Dauerstrom auf eine definierte Zeit reduziert werden.
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Weitere
Anwendungsmöglichkeiten
sind eine zeitliche Steuerung der Reinigung, die wiederum in Abhängigkeit
diverser Fahrzeugzustands- und Betriebsgrößen bzw. Umgebungsgrößen durchgeführt wird.
So kann die Reinigungsdauer in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit
verändert
werden, außerdem
ist eine Impulsreinigung in Abhängigkeit der
Wischerstellung möglich,
um die Reinigungswirkung durch das Zusammenspiel von Wischblattstellung
und Wasserstrahl zu optimieren und ein Anspritzen des Wischblattes
zu vermeiden. Außerdem
kann einer Überhitzung
des Pumpenmotors vorgebeugt werden, was beispielsweise im Falle
des Einfrierens oder der Verstopfung von Reinigungsflüssigkeitsleitungen
passieren kann. Um dies zu vermeiden, kann der Dauerstrom auf eine
definierte Zeitspanne begrenzt werden.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführung
ist eine gemeinsame Pumpe für
mindestens zwei Fluidaustrittsdüsen
vorgesehen. Die Ansteuerung der jeweiligen Düse erfolgt über Schaltventile und/oder über den
Druck des von der Pumpe geförderten
Reinigungsfluids, was insbesondere bei Verwendung einer drehzahlgesteuerten
Pumpe leicht realisiert werden kann. In bevorzugter Ausführung teilen
sich mindestens eine Düse
für die
Frontscheibe, eine Düse
für die
Heckscheibe, Düsen
für die Scheinwerfer
und/oder eine Düse
für die
Linse eines Nachtsichtsystems eine ge meinsame elektrische Pumpe,
die erfindungsgemäß mit der
Steuerungseinrichtung versehen ist. Die Fluidzufuhr zu den gewünschten
Düsen erfolgt über die
Einstellung des Drucks, also in der Regel über die Drehzahl des Pumpenmotors.
Auch bei Verwendung von Schaltventilen werden diese bevorzugt über den
aktuell herrschenden Druck zwischen ihren verschiedenen Schaltstellungen
verstellt.
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Des
Weiteren kann es zweckmäßig sein,
insbesondere für
die Verwendung in Scheinwerferreinigungssystemen Hubdüsen einzusetzen,
die ein Ventilteil aufweisen, welches einen Hub zwischen zwei Ventilstellungen
ausführen
kann, wobei der Hub des Ventilteils zweckmäßigerweise hydraulisch über das Reinigungsfluid
gesteuert wird. Das Reinigungsfluid übernimmt auch in dieser Ausführung neben
der Reinigungsfunktion eine zusätzliche
Aufgabe, nämlich ein
Bauteil der Düse
zwischen zwei verschiedenen Positionen zu verstellen. Dies ermöglicht es,
die Düse
zum Reinigen der Scheinwerfer zunächst aus einer zurückgezogenen
Position herauszufahren und nach dem Reinigen der Scheinwerfergläser wieder
in die zurückgezogene
Position zu verstellen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Steuerung besteht darin,
dass durch eine zeitliche Abfolge eine Impulsreinigung in Abhängigkeit
der Wischerstellung möglich
ist. Damit wird beispielsweise das Anspritzen des Wischblattes oder
das Anspritzen der Scheibe in einem wischblattpositionsfernen Bereich
vermieden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Scheibenreinigungsvorrichtung in
einem Fahrzeug mit einer elektrisch ansteuerbaren Pumpe, die für die Frontscheibenreinigung,
die Heckscheibenreinigung, die Scheinwerferreinigung und die Linse
eines Nachtsichtsystems eingesetzt wird,
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2 eine
elektrisch betätigbare
Pumpe mit einer als Platine ausgeführten Steuerungseinrichtung,
die unmittelbar am Pumpengehäuse
angeordnet ist und über
die die Funktionen der Pumpe einzustellen sind,
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3 eine
schematische Darstellung einer Scheibenreinigungsvorrichtung mit
einer Mehrzahl von Fluidaustrittsdüsen, die über eine gemeinsame, elektrisch
betätigbare
Pumpe mit Hydraulikfluid versorgt werden, wobei zur Verteilung des
Fluids auf die einzelnen Düsen
Schaltventile vorgesehen sind,
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4 eine
Scheibenreinigungsvorrichtung in einer weiteren Ausführung.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Das
in 1 dargstellte Fahrzeug 1 ist mit einer
Scheibenreinigungsvorrichtung 2 versehen, die eine gemeinsame,
elektrisch betätigbare
Pumpe 10 mit einem Pumpenmotor zur Förderung von Reinigungsfluid über Hydraulikleitungen
zu Fluidaustrittsdüsen 4, 5, 6 und 7 aufweist.
Bei der Düse 4 handelt es
sich um eine Düse
für die
Frontscheibenreinigung, mit Bezugszeichen 5 ist die Düse für die Heckscheibenreinigung,
mit Bezugszeichen 6 die Düse für die Scheinwerferreinigung
und mit Bezugszeichen 7 die Düse für eine zusätzliche Anwendung, beispielsweise
für die
Reinigung der Linse eines Nachtsichtsystems bezeichnet. Die Pumpe
fördert
das Reinigungsfluid aus einem Vorratsbehälter, dessen Füllstand zweckmäßigerweise über Sensoren
permanent überwacht
wird.
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Zur
Ansteuerung der Pumpe 10 ist eine Steuerungsvorrichtung
vorgesehen, die vorteilhafterweise unmittelbar mit der Pumpe 10 verbunden
ist. Diese Steuerungsvorrichtung ist an das fahrzeuginterne Datenleitungs-System angeschlossen.
Die Pfeile 8 und 9 zur Pumpe bzw. von dieser weg
symbolisieren Eingangs- bzw. Ausgangsparameter zur Beeinflussung
der Pumpenfunktion, wobei als Eingangsparameter allgemeine Zustands-
und Betriebsgrößen oder
auch Umgebungsgrößen wie
die Außentemperatur,
die Fahrgeschwindigkeit, die Stellung des Wischerblattes oder die
Codierung des aktuellen Fahrzeugtyps Verwendung finden, wohingegen
als Ausgangsparameter in erster Linie die Pumpenleistung zu nennen
ist, die insbesondere bei Verwendung einer drehzahlgesteuerten elektrischen
Pumpe als Funktion der Drehzahl bzw. äquivalent hierzu als Funktion
des Drucks und des Volumenstromes zu ermitteln ist.
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2 zeigt
einen elektrisch betätigbaren Pumpenmotor 3,
wobei an einer axialen Stirnseite des zylindrischen Pumpenmotors 3 die
Steuerungseinrichtung 11 angeordnet und mit dem Pumpenmotor 3 verbunden
ist. Der elektrische Anschluss bzw. der Anschluss an das fahrzeuginterne
Datenbussystem erfolgt über
Kontakte 12. Die Steuerungseinrichtung 11 ist
insbesondere als Platine mit darauf angeordneten Halbleiterelementen
ausgebildet. Auf dieser Platine sind alle relevanten Funktionen
der elektrischen Pumpe abgespeichert. So ist es insbesondere möglich, unter
Verwendung eines einheitlichen, drehzahlgesteuerten Pumpenmotors
verschiedene Datensätze
in der Steuerungseinrichtung 11 für unterschiedliche Fahrzeugtypen
sowie für
verschiedene Einsatzzwecke der Pumpe abzuspeichern, beispielsweise
für die
Ansteuerung der verschiedenen Fluidaustrittsdüsen am Fahrzeug. Die Aktivierung insbesondere
des jeweils aktuellen Fahrzeugtyps erfolgt entweder automatisch
beim Einbau in das betreffende Fahrzeug, indem ein Codierungssignal
von einem zentralen Regel- bzw. Steuergerät zur Steuerungseinrichtung 11 übersandt
wird, oder über
eine manuelle Einstellung.
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In 3 ist
schematisch eine Scheibenreinigungsvorrichtung 2 dargestellt,
die über
eine gemeinsame elektrisch ansteuerbare Pumpe 10 verfügt, welche
Reinigungsfluid aus einem Vorratsbehälter 13 über diverse
Fluidleitungen zu den Fluidaustrittsdüsen 4 bis 7 fördert. Die
Einstellung, welche der Düsen 4 bis 7 aktuell
mit Reinigungsfluid beaufschlagt wird, erfolgt zum einen über die
Drehrichtung des elektrischen Pumpenmotors 3 der Pumpe 10,
was mit dem eingetragenen Pfeil 19 charakterisiert ist,
und zum anderen über
die Höhe
der Pumpendrehzahl, also über
den Druck, mit dem das Reinigungsfluid von der Pumpe gefördert wird.
Diese zwei Einstellgrößen – Drehrichtung
und Drehzahl – reichen
aus, um die insgesamt vier verschiedenen Fluidaustrittsdüsen wahlweise
zu beaufschlagen. Dies erfolgt im Zusammenspiel mit einem Schaltventil 14 sowie Öffnungsventilen 15 bis 17,
die jeweils den verschiedenen Fluidaustrittsdüsen zugeordnet sind. Hierbei
ist das Schaltventil 14 als Zweiwegeventil ausgebildet, über das
bei definiertem Druck zwei Fluidleitungen 20 und 21 freizuschalten
bzw. zu sperren sind, über
die die Fluidaustrittsdüse 6 versorgt
wird.
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Die
Fluidaustrittsdüse 6,
die der Scheinwerferreinigungsanlage zugeordnet ist, ist als Hubdüse ausgebildet
und umfasst ein Ventilteil 18, das einen translatorischen
Ventilhub ausführen
kann. Hierfür sind
die zwei Fluidleitungen 20 und 21 an zwei verschiedenen
Stellen mit einem Zylinder des Ventilteils 18 diesseitig
und jenseitig eines Hubkolbens im Zylinder verbunden. Über eine
entsprechende Einstellung des Schaltventils 14 und einer
entsprechenden Drehbeaufschlagung und Drehzahl der Pumpe 10 wird wahlweise
entweder über
die Leitung 20 oder die Leitung 21 Fluid in den
Zylinder gefördert
und hierdurch entweder das Ventilteil 18 ausgefahren, wobei
in der ausgefahrenen Stellung auch automatisch Fluid über die Düse austritt,
oder das Ventilteil 18 wieder in die zurückgefahrene
Stellung verstellt.
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Von
der Fluidleitung 21 verzweigt eine weitere Fluidleitung 22,
die zu der Fluidaustrittsdüse 7 geführt ist,
bei der es sich um die Düse
zur Reinigung der Düse
eines Nachtsichtsystems handelt. In der Fluidleitung 22 ist
ein Öffnungsventil 16 angeordnet, welches
bei Überschreitung
eines ventilspezifischen Mindestdrucks in Öffnungsstellung versetzt wird.
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Weitere Öffnungsventile 15 bzw. 17 befinden sich
in Fluidleitungen 23 und 24, die zu den Fluidaustrittsdüsen 4 und 5 für die Frontscheibe
bzw. die Heckscheibe geführt
sind.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 4 ist eine Variante der Scheibenreinigungsvorrichtung 2 mit einfacher
ausgeführten
Schaltventilen dargestellt. Gezeigt sind Fluidaustrittsdüsen 4, 5 und 6,
wobei die Düsen 4 und 6 jeweils
doppelt vorhanden sind und über
gemeinsame Leitungen 23 bzw. 20 und 21 versorgt
werden. Die Ventile 15 und 17, die in den Fluidleitungen 23 bzw. 24 zu
den Düsen
der Frontscheiben bzw. Heckscheibenreinigungseinrichtung angeordnet
sind, sind jeweils vorzugsweise Schließventile ausgeführt, die
oberhalb eines ventilspezifischen Grenzdruckes in die Schließposition
verstellt werden. Dagegen sind in den Fluidleitungen 20 und 21 zu
den Scheinwerferreinigungsdüsen 6 vorzugsweise Öffnungsventile 25 bzw. 26 angeordnet,
die oberhalb eines ventilspezifischen Grenzdruckes in die Öffnungsposition
verstellt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, Öffnungsventile für die Fluidaustrittsdüsen 4 und 5 zu
verwenden und die Ventile 25 bzw. 26 als Schließventile
auszuführen. Über eine
entsprechende Einstellung der Grenzdrücke in den Ventilen kann in
Verbindung mit der Drehrichtung und dem Druck in der Pumpe 10 die
jeweilige Düse 4 bis 6 angesteuert werden.
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Des
Weiteren ist in 4 dargestellt, dass die Pumpe 10,
die mit einer pumpenspezifischen Steuerungseinrichtung versehen
ist, über
Anschlussleitungen, über
die auch die Stromversorgung durchgeführt wird, mit einem zentralen
Regel- bzw. Steuergerät
im Fahrzeug verbunden ist und mit diesem kommuniziert.