DE102018220783A1 - Assembly for cleaning a lens - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Baugruppe (1) zur Reinigung und zum Beheizen einer Linse (2), wobei die Baugruppe (1) einen Zulauf (3), eine Sonotrode (4), und einen Ultraschallgenerator (5) umfasst. Der Zulauf (3) ist eingerichtet, ein Fluid einer Arbeitsfläche (6) der Sonotrode (4) zuzuführen. Die Sonotrode (4) ist mit dem Ultraschallgenerator (7) gekoppelt, und die Arbeitsfläche (6) der Sonotrode (4) ist eingerichtet, das Fluid mit Ultraschall zu beaufschlagen.The invention relates to an assembly (1) for cleaning and heating a lens (2), the assembly (1) comprising an inlet (3), a sonotrode (4) and an ultrasound generator (5). The inlet (3) is set up to supply a fluid to a work surface (6) of the sonotrode (4). The sonotrode (4) is coupled to the ultrasound generator (7), and the work surface (6) of the sonotrode (4) is set up to apply ultrasound to the fluid.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Reinigen und Heizen einer Linse.The present invention relates to an assembly for cleaning and heating a lens.
Linsen, zum Beispiel von Kamerasystemen oder optischen Sensoren, sind in ihrer Arbeitsumgebung vielen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Dies führt dazu, dass sich Ablagerungen, wie zum Beispiel Staub, Schmutz, Fremdkörper oder Feuchtigkeit, auf der Linse bilden können. Sind die Systeme auch Temperaturschwankungen ausgesetzt, kann sich auch Beschlag oder Frost bilden. Solche Ablagerungen beeinflussen das Sichtfeld der Kamerasysteme oder optischen Sensoren negativ, wodurch die Funktionalität einschränkt wird.Lenses, for example from camera systems or optical sensors, are exposed to many environmental influences in their working environment. As a result, deposits such as dust, dirt, foreign bodies or moisture can form on the lens. If the systems are also exposed to temperature fluctuations, condensation or frost can also form. Such deposits negatively affect the field of view of the camera systems or optical sensors, which limits the functionality.
Nach dem Stand der Technik sind mechanische Reinigungssysteme, Reinigungssysteme mit Spritzdüsen sowie elektrisch betriebene Heizsysteme bekannt.Mechanical cleaning systems, cleaning systems with spray nozzles and electrically operated heating systems are known from the prior art.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Baugruppe umfasst einen Ultraschallgenerator sowie eine Sonotrode, welche so miteinander gekoppelt sind, dass die vom Ultraschallgenerator erzeugten Schwingungen die Sonotrode zum Schwingen anregen können. Weiter umfasst die Baugruppe einen Zulauf über den ein Fluid, wie zum Beispiel eine Reinigungsflüssigkeit, zu einer Arbeitsfläche der Sonotrode zugeführt werden kann. Das Fluid kann dabei aus einem eigens für die Baugruppe eingerichteten Tank oder aus einem Tank, welcher ebenfalls von weiteren Baugruppen dieser Art oder Vorrichtungen anderer Art genutzt wird, zugeführt werden. Ist die Baugruppe beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verbaut, so kann insbesondere die Reinigungsflüssigkeit aus einem Wischwassertank als Fluid für die Baugruppe dienen. Weiter ist die Sonotrode eingerichtet, über ihre Arbeitsfläche das Fluid mit Ultraschall zu beaufschlagen. Die Baugruppe umfasst vorzugsweise eine Linse und/oder eine Aufnahme für eine Linse.The assembly according to the invention comprises an ultrasound generator and a sonotrode, which are coupled to one another in such a way that the vibrations generated by the ultrasound generator can excite the sonotrode to vibrate. The assembly also includes an inlet through which a fluid, such as a cleaning liquid, can be supplied to a work surface of the sonotrode. The fluid can be supplied from a tank specially set up for the assembly or from a tank which is also used by other assemblies of this type or devices of another type. If the assembly is installed in a motor vehicle, for example, the cleaning fluid from a washer fluid tank in particular can serve as a fluid for the assembly. The sonotrode is also set up to apply ultrasound to the fluid via its working surface. The assembly preferably comprises a lens and / or a receptacle for a lens.
Die von der Arbeitsfläche der Sonotrode übertragene Schwingungsenergie des Ultraschallgenerators kann in dem Fluid vorzugsweise Kavitation entstehen lassen. Je höher die übertragene Schwingungsenergie, desto schneller bewegen sich die Moleküle des Fluides. Damit fällt dessen statischer Druck. Fällt der statische Druck unter den spezifischen Verdampfungsdruck des Fluides können Gasblasen entstehen. Werden diese Dampfblasen durch die Schwingung des Fluides bewegt und gelangen so in Bereiche mit einem höheren statischen Druck, welcher über dem spezifischen Dampfdruck liegt, kondensiert der Dampf in den Dampfblasen schlagartig und die Dampfblasen kollabieren bzw. implodieren. Dabei können partiell extreme Temperatur- und Druckspitzen auftreten. Durch solche partiellen Temperaturerhöhungen wärmt sich das Fluid auf. Kommt das erwärmte Fluid in Kontakt mit der Linse kann Wärmeenergie von dem Fluid an die Linse abgegeben werden, wodurch sich die Linse erwärmt. Die Linse wiederum kann so aufgenommene Wärmeenergie an anhaftende Flüssigkeiten bzw. Beschlag oder Frost abgeben, wodurch eine Verdunstung der anhaftenden Flüssigkeiten bzw. ein Tauvorgang beschleunigt werden kann. Ist die von der Linse aufgenommene Wärmeenergie ausreichend groß, kann die erneute Entstehung von Beschlag oder Frost verhindert werden.The vibration energy of the ultrasound generator transmitted from the working surface of the sonotrode can preferably cause cavitation in the fluid. The higher the vibrational energy transferred, the faster the molecules of the fluid move. With this, its static pressure drops. If the static pressure falls below the specific evaporation pressure of the fluid, gas bubbles can form. If these vapor bubbles are moved by the vibration of the fluid and thus reach areas with a higher static pressure, which is above the specific vapor pressure, the vapor condenses suddenly in the vapor bubbles and the vapor bubbles collapse or implode. Extreme temperature and pressure peaks can sometimes occur. The fluid heats up due to such partial temperature increases. If the heated fluid comes into contact with the lens, thermal energy can be released from the fluid to the lens, whereby the lens heats up. The lens in turn can thus dissipate heat energy absorbed by adhering liquids or fogging or frost, which can accelerate evaporation of the adhering liquids or thawing. If the thermal energy absorbed by the lens is sufficiently large, the formation of fogging or frost can be prevented.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.
In einer ersten Variante umfasst die Baugruppe zusätzlich ein Reservoir. Dieses ist so um eine optische Achse der Linse entlang des Randes der Linse angeordnet, dass es den Strahlengang durch die Linse nicht beeinflusst. Dabei grenzt eine Seite des Reservoirs an die Linse und ist dieser zugewandt. Das Reservoir bildet vorzugsweise keinen vollständigen Ring um die Linse, sondern ist nur zu einem Teil, insbesondere konzentrisch, um die optische Achse der Linse angeordnet. Der Zulauf ist so eingerichtet, dass er das Reservoir mit dem Fluid befüllen kann. Weiter ist die Sonotrode so angeordnet, dass mindestens ihre Arbeitsfläche in das Reservoir ragt. So ist es möglich, dass das Fluid innerhalb des Reservoirs mit Ultraschall beaufschlagt werden kann. Das Reservoir weist an der der Linse zugewandten Seite mindestens eine Bohrung auf, die so eingerichtet ist, dass das Fluid aus dem Reservoir die Linse benetzen und so Anhaftungen von der Linse entfernen kann.In a first variant, the assembly additionally includes a reservoir. This is arranged around an optical axis of the lens along the edge of the lens in such a way that it does not influence the beam path through the lens. One side of the reservoir adjoins the lens and faces it. The reservoir preferably does not form a complete ring around the lens, but is only arranged in part, in particular concentrically, around the optical axis of the lens. The inlet is set up so that it can fill the reservoir with the fluid. Furthermore, the sonotrode is arranged in such a way that at least its working surface projects into the reservoir. It is thus possible for the fluid within the reservoir to be subjected to ultrasound. On the side facing the lens, the reservoir has at least one bore which is set up in such a way that the fluid from the reservoir can wet the lens and thus remove adhesions from the lens.
Wird das Fluid in dem Reservoir mit Ultraschall beaufschlagt, erwärmt es sich, insbesondere durch die Wirkungen der auftretenden Kavitation. Die Erwärmung des Fluides kann dessen Reinigungswirkung verbessern und sich auch positiv auf die Beseitigung von Beschlag und Frost von der Linse auswirken. If ultrasound is applied to the fluid in the reservoir, it heats up, in particular due to the effects of the cavitation that occurs. The heating of the fluid can improve its cleaning effect and also have a positive effect on the removal of fog and frost from the lens.
In einer zweiten Variante ist mindestens die Arbeitsfläche der Sonotrode ringförmig gestaltet und weißt eine insbesondere kreisförmige Aussparung auf. Die Arbeitsfläche der Sonotrode entspricht ihrer inneren Mantelfläche und ist der optischen Achse der Linse zugewandt. Die Aussparung der Sonotrode ist so dimensioniert, dass sie den Strahlengang durch die Linse nicht beeinflusst. Über den Ultraschallgenerator kann die Sonotrode radial zur optischen Achse der Linse in Schwingung versetzt werden.In a second variant, at least the working surface of the sonotrode is designed in a ring shape and has a particularly circular recess. The working surface of the sonotrode corresponds to its inner surface and faces the optical axis of the lens. The recess of the sonotrode is dimensioned so that it does not affect the beam path through the lens. The sonotrode can be vibrated radially to the optical axis of the lens via the ultrasound generator.
In der zweiten Variante kann die Baugruppe koaxial zu der optischen Achse der Linse auf einer Seite der Linse angeordnet sein. Insbesondere ist die Baugruppe auf der Seite der Linse angeordnet, die einer Umgebung, und damit einer möglichen Quelle für Verschmutzungen, der Linse zugewandt ist. Die einem Kamera- oder anderem optischen Sensor zugewandte Seite der Linse ist in der Regel so geschützt, dass hier keine Verschmutzungen auftreten. Der Durchmesser der Aussparung der Sonotrode ist dabei insbesondere kleiner als ein Durchmesser der Linse senkrecht zu der optischen Achse, sodass ein O-Ring oder eine andere geeignete Form der Abdichtung zwischen der Sonotrode und der Linse angeordnet werden kann. Dabei dient der O-Ring zusätzlich der Schwingungsdämpfung zwischen der Sonotrode und der Linse.In the second variant, the assembly can be arranged coaxially to the optical axis of the lens on one side of the lens. In particular, the assembly is arranged on the side of the lens that faces an environment, and thus a possible source of contamination, of the lens. The side of the lens facing a camera or other optical sensor is usually protected in such a way that no contamination occurs here. The diameter of the recess of the sonotrode is in particular smaller than a diameter of the lens perpendicular to the optical axis, so that an O-ring or another suitable form of sealing can be arranged between the sonotrode and the lens. The O-ring also serves to dampen vibrations between the sonotrode and the lens.
Wird das Fluid so zu der Arbeitsfläche der Sonotrode zugeführt, dass die Aussparung der Sonotrode vollständig mit dem Fluid ausgefüllt ist, kann das Fluid über die Arbeitsfläche der Sonotrode mit Ultraschall beaufschlagt werden. Die dadurch entstehenden Schwingungen innerhalb des Fluides können sich positiv auf die Reinigungswirkung auswirken. Entsteht durch die Schwingung zusätzlich Kavitation, können die dadurch entstehenden Mikroströmungen die Reinigungswirkung weiter erhöhen. Entstehende Wärmeenergie kann zusätzlich dazu beitragen Anhaftungen zu lösen, so die Reinigungswirkung erhöhen und die Beseitigung von Frost auf der Linse begünstigen.If the fluid is fed to the work surface of the sonotrode in such a way that the recess of the sonotrode is completely filled with the fluid, the fluid can be exposed to ultrasound via the work surface of the sonotrode. The resulting vibrations within the fluid can have a positive effect on the cleaning effect. If cavitation occurs due to the vibration, the resulting micro currents can further increase the cleaning effect. The heat energy generated can also help to loosen buildup, thus increasing the cleaning effect and promoting the removal of frost on the lens.
In der zweiten Variante können statt einer ringförmigen Sonotrode auch mehrere Sonotroden ringabschnittsförmig bzw. konzentrisch um eine optische Achse der Linse angeordnet sein. Der Krümmungsmittelpunkt der Sonotroden liegt dabei vorzugsweise auf der optischen Achse der Linse. Die Anregung der Sonotroden mittels des Ultraschallgenerators kann ebenfalls radial zur optischen Achse der Linse erfolgen.In the second variant, instead of one ring-shaped sonotrode, a plurality of sonotrodes can also be arranged in the form of a ring section or concentrically around an optical axis of the lens. The center of curvature of the sonotrodes is preferably on the optical axis of the lens. The excitation of the sonotrodes by means of the ultrasound generator can also take place radially to the optical axis of the lens.
Eine dritte Variante der Baugruppe umfasst zusätzlich eine Linse, die durch einen ersten Dichtungsring und einen zweiten Dichtungsring eingefasst ist. Die Sonotrode ist dabei so angeordnet, dass ihre Arbeitsfläche an dem ersten Dichtungsring und an dem zweiten Dichtungsring anliegt. Der Durchmesser der Aussparung der Sonotrode ist dabei insbesondere größer einem radialen Durchmesser der Linse und so gestaltet, dass der Strahlengang durch die Linse nicht beeinflusst wird.A third variant of the assembly additionally comprises a lens which is bordered by a first sealing ring and a second sealing ring. The sonotrode is arranged such that its working surface rests on the first sealing ring and on the second sealing ring. The diameter of the recess of the sonotrode is in particular larger than a radial diameter of the lens and is designed such that the beam path is not influenced by the lens.
Bevorzugt ist die Sonotrode koaxial zur optischen Achse der Linse so um den radialen Umfang der Linse angeordnet, dass die Arbeitsfläche der Sonotrode, der erste Dichtungsring und zweite Dichtungsring sowie die Linse ein Volumen einschließen. Der Zulauf kann dabei so gerichtet sein, dass er das eingeschlossene Volumen mit dem Fluid befüllen kann.The sonotrode is preferably arranged coaxially to the optical axis of the lens around the radial circumference of the lens in such a way that the working surface of the sonotrode, the first sealing ring and second sealing ring and the lens enclose a volume. The inlet can be directed so that it can fill the enclosed volume with the fluid.
Wird das Fluid durch die Sonotrode mit Ultraschall beaufschlagt kann sich das Fluid innerhalb des Volumens durch auftretende Kavitation erwärmen und diese Wärmeenergie an die Linse abgeben.If ultrasound is applied to the fluid by the sonotrode, the fluid within the volume can heat up due to cavitation and release this thermal energy to the lens.
Bei der dritten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sonotrode so zwischen dem ersten Dichtungsring und dem zweiten Dichtungsring angeordnet ist, dass eine erste Seitenfläche der Sonotrode an dem ersten Dichtungsring und eine zweite Seitenfläche der Sonotrode an dem zweiten Dichtungsring insbesondere vollständig oder teilweise anliegt.In the third variant, it is preferably provided that the sonotrode is arranged between the first sealing ring and the second sealing ring in such a way that a first side surface of the sonotrode is in particular completely or partially in contact with the first sealing ring and a second side surface of the sonotrode.
Alternativ kann die Mantelfläche der Sonotrode breiter sein als ein Abstand zwischen dem ersten Dichtungsring und dem zweiten Dichtungsring und an den äußeren Mantelflächen der Dichtungsringe anliegen.Alternatively, the lateral surface of the sonotrode can be wider than a distance between the first sealing ring and the second sealing ring and bear against the outer lateral surfaces of the sealing rings.
Bei der dritten Variante kann zusätzlich ein kanalförmiges Element vorgesehen sein. Dieses Element kann so angeordnet sein, dass es die Linse zumindest teilweise einfasst. Weiter kann das Element auf der der Linse zugewandten Seite eine Öffnung aufweisen, wobei der erste Dichtungsring, der zweiten Dichtungsring und die Sonotrode mindestens anteilig eine Abdichtung der Öffnung des Elements bilden. Der Zulauf kann dabei so eingerichtet sein, dass er das eingeschlossene Volumen oder das kanalförmige Element mit dem Fluid befüllen kann. Weiter sind der erste Dichtungsring und/oder der zweite Dichtungsring und/oder die Sonotrode vorzugsweise so eingerichtet, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem kanalförmigen Element stattfinden kann.In the third variant, a channel-shaped element can also be provided. This element can be arranged such that it at least partially surrounds the lens. Furthermore, the element can have an opening on the side facing the lens, the first sealing ring, the second sealing ring and the sonotrode at least partially forming a seal of the opening of the element. The inlet can be set up so that it can fill the enclosed volume or the channel-shaped element with the fluid. Furthermore, the first sealing ring and / or the second sealing ring and / or the sonotrode are preferably set up such that a liquid exchange can take place between the enclosed volume and the channel-shaped element.
Ferner kann in der dritten Variante die Sonotrode eine Bohrung aufweisen, welche als Zulauf für das Fluid dienen kann. Furthermore, in the third variant, the sonotrode can have a bore which can serve as an inlet for the fluid.
Ferner kann in der dritten Variante der der Umgebung zugewandte Dichtungsring eine Perforation aufweisen, die so eingerichtet ist, dass damit das Fluid aus dem Volumen auf die Linse abgeben werden kann. So kann das über die Linse laufende Fluid Verschmutzungen der Linse sowie Beschlag oder Frost beseitigen.Furthermore, in the third variant, the sealing ring facing the surroundings can have a perforation which is set up in such a way that the fluid can be dispensed from the volume onto the lens. The fluid running over the lens can remove dirt from the lens as well as fog or frost.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform, -
2 eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform, -
3 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform, -
4 eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform, -
5 eine Schnittdarstellung einer ersten Alternative einer dritten Ausführungsform, -
6 eine perspektivische Ansicht der ersten Alternative der dritten Ausführungsform, -
7 eine Schnittdarstellung einer zweiten Alternative der dritten Ausführungsform, -
8 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Alternative der dritten Ausführungsform, -
9 eine Schnittdarstellung einer dritten Alternative der dritten Ausführungsform, und -
10 eine perspektivische Ansicht der dritten Alternative der dritten Ausführungsform.
-
1 2 shows a sectional illustration of a first embodiment, -
2nd 2 shows a perspective view of the first embodiment, -
3rd 2 shows a sectional illustration of a second embodiment, -
4th 2 shows a perspective view of the second embodiment, -
5 2 shows a sectional illustration of a first alternative of a third embodiment, -
6 2 shows a perspective view of the first alternative of the third embodiment, -
7 2 shows a sectional illustration of a second alternative of the third embodiment, -
8th 2 shows a perspective view of a second alternative of the third embodiment, -
9 a sectional view of a third alternative of the third embodiment, and -
10th a perspective view of the third alternative of the third embodiment.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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