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Die Erfindung betrifft ein Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Dachmodule finden im Fahrzeugbau umfassend Verwendung, da diese Dachmodule als separate Funktionsmodule vorgefertigt und bei der Montage des Fahrzeugs an das Montageband geliefert werden können. Das Dachmodul bildet an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise eine Dachhaut des Fahrzeugdachs, die ein Eindringen von Feuchtigkeit bzw. Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum verhindert. Die Dachhaut wird von einem oder mehreren Flächenbauteilen gebildet, die aus einem stabilen Material, beispielsweise lackiertem Blech oder lackiertem bzw. durchgefärbtem Kunststoff, gefertigt sein können. Bei dem Dachmodul kann es sich um ein Teil eines starren Fahrzeugdachs oder um ein Teil einer öffenbaren Dachbaugruppe handeln.
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Ferner richtet sich die Entwicklung im Fahrzeugbau immer stärker auf autonom bzw. teilautonom fahrende Kraftfahrzeuge. Um der Fahrzeugsteuerung ein autonomes bzw. teilautonomes Steuern des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, wird eine Vielzahl von Umfeldsensoren (z. B. Lidar-Sensoren, Radar-Sensoren, (Multi-) Kameras, etc. mitsamt weiterer (elektrischer) Komponenten) eingesetzt, die bspw. in das Dachmodul integriert sind, die Umgebung rund um das Kraftfahrzeug erfassen und aus den erfassten Umgebungsdaten bspw. eine jeweilige Verkehrssituation ermitteln. Dachmodule, welche mit einer Vielzahl von Umfeldsensoren ausgestattet sind, sind auch als Roof Sensor Module (RSM) bekannt. Die bekannten Umfeldsensoren senden bzw. empfangen dazu entsprechende elektromagnetische Signale, beispielsweise Laserstrahlen oder Radarstrahlen, wobei durch eine entsprechende Signalauswertung ein Datenmodell der Fahrzeugumgebung generiert, und für die Fahrzeugsteuerung genutzt werden kann.
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Die Umfeldsensoren zur Überwachung und Erfassung der Fahrzeugumgebung sind zumeist am Fahrzeugdach befestigt, da das Fahrzeugdach in der Regel die höchste Erhebung eines Fahrzeugs ist, von der aus die Fahrzeugumgebung gut einsehbar ist. Die Umfeldsensoren sind dabei zumeist als Aufsatz auf das die Dachhaut bildende Flächenbauteil des Dachmoduls aufgesetzt, können alternativ aber auch in einer Öffnung des Dachmoduls zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung verstellbar angeordnet sein.
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Während der Benutzung des Umfeldsensors besteht aufgrund von Umgebungseinflüssen (z. B. einer Witterung) das Risiko, dass ein ((teil-) transparenter) Durchsichtsbereich, durch den der Umfeldsensor das Fahrzeugumfeld erfasst, aufgrund von Umwelt- und Wettereinflüssen verschmutzt bzw. für den Umfeldsensor undurchsichtig wird. Zur Reinigung des Durchsichtsbereiches ist der Einsatz von Reinigungsdüsen bekannt, mittels derer der Durchsichtsbereich reinigbar ist. Die bekannten Reinigungsdüsen sind zumeist, ähnlich zu Sprühdüsen einer Scheibenwischanlage, in einem Bereich des Dachmodules bzw. des Flächenbauteils statisch angeordnet, der sich in Richtung einer optischen Achse des Umfeldsensors betrachtet, vor diesem befindet. Die Reinigungsdüsen sind somit also in einem Sichtfeld des Umfeldsensors angeordnet, und ragen dabei zumeist über die Dachhaut hervor.
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Diese Anordnung der Reinigungsdüsen ist allerdings aus mehreren Gründen nachteilig. Zum einen entsprechen die aus der Dachhaut hervorstehenden Reinigungsdüsen oftmals nicht den ästhetischen Anforderungen an ein Fahrzeugdesign und können bspw. für einen Kunden ästhetisch unvorteilhaft wirken. Zum anderen sind die Reinigungsdüsen durch ihre Anordnung vor dem Umfeldsensor zumindest in dessen Sichtfeld. In diesem Sichtfeld verursachen die durch die Reinigungsdüsen bedingten Erhebungen allerdings aufgrund von Sichtfeldabschattung Blindbereiche, in denen der Umfeldsensor die Fahrzeugumgebung nicht hinreichend genau wahrnehmen kann. Da sich diese Blindbereiche mit aufgrund von trigonometrisch-optischen Zusammenhängen mit zunehmendem Abstand von dem Umfeldsensor vergrößern, können so für den Umfeldsensor „tote Winkelbereiche“ im Sichtfeld entstehen, die es zu vermeiden gilt. Ebenfalls führt die bekannte Anordnung der Reinigungsdüse ggf. zu einem aerodynamisch nachteiligen Geräuschverhalten, das durch eine turbulente Strömungsausbildung um die Erhebung der Reinigungsdüsen herum entsteht, und für einen Fahrgast in einem Innenraum des Fahrzeuges als störend wahrgenommen werden kann. In der bekannten Anordnung versprühen die Reinigungsdüsen ein Reinigungsfluid zumindest in Richtung des Fahrtwindes (d. h., in einer Gegenfahrtrichtung) und werden in dieser Positionierung in ihrer Sprüh- und damit auch Reinigungswirkung oftmals (insbesondere bei höhen Fahrgeschwindigkeiten) negativ von dem entstehenden Fahrtwind beeinflusst. Durch den Fahrtwind wird die Reinigungsleistung reduziert, da zumindest ein Teil des Reinigungsfluides vom Wind verblasen wird und nicht mehr auf den Durchsichtsbereich auftreffen kann.
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Als ein Lösungsansatz sind in der Automobiltechnik Reinigungsdüsen für eine Fahrzeugbeleuchtung und/oder eine Windschutzscheibe, die ein- und ausfahrbar in einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeuges in Blickrichtung betrachtet vor dem zu reinigenden Bereich eingelassen sind. Diese Reinigungsdüsen werden mittels eines hydraulischen Antriebes, d. h. mittels eines der Reinigungsdüse eigenen Wasserdruckes, verfahren. Allerdings hat auch dieses System Nachteile, da bspw. für jede Reinigungsdüse ein eigener Wasserdruck-basierter Antrieb notwendig ist, für den ein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Ferner können diese hydraulischen Systeme lediglich entlang einer vorbestimmten Richtung, nämlich entlang eines hydraulischen Pfades der Reinigungsdüse, verfahren werden, wodurch sowohl ein Konstruktionsspielraum als auch eine Designfreiheit bei einer Platzierung der Reinigungsdüsen eingeschränkt ist. Ebenso kann eine Initiierung der Verfahrbewegung aufgrund einer Latenzzeit, die durch einen Zeitraum definiert ist, der für einen Druckaufbau innerhalb des hydraulischen Antriebssystems benötigt ist, und die einige Sekunden betragen kann, verzögert sein. Insgesamt umfassen diese bekannten Antriebe für ein Verfahren der Reinigungsdüsen einige Nachteile, die es ebenfalls zu überwinden gilt.
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Der Erfindung liegt daher eine Aufgabe zugrunde, ein Dachmodul vorzuschlagen, das die oben beschriebenen Nachteile des vorbekannten Standes der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe ist durch ein Dachmodul der Lehre des Anspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Dachmodul gemäß Nebenanspruch 12 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug umfasst ein Flächenbauteil, dessen Außenoberfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut des Fahrzeugdachs bildet und die als eine äußere Dichtfläche des Dachmoduls fungiert. Das Dachmodul umfasst zumindest einen Umfeldsensor, der durch einen Durchsichtsbereich zum Erfassen eines Fahrzeugumfeldes um eine optische Achse des Umfeldsensors elektromagnetische Signale senden und/oder empfangen kann. Ferner umfasst das Dachmodul zumindest eine Reinigungsdüse, mittels derer der Durchsichtsbereich reinigbar ist. Die zumindest eine Reinigungsdüse ist, in Blickrichtung der optischen Achse des Umfeldsensors betrachtet, in einem Bereich des Flächenbauteils, der vor dem Durchsichtsbereich liegt, derart angeordnet, dass die zumindest eine Reinigungsdüse mittels zumindest einer Antriebskinematik zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung verfahrbar ist. Die zumindest eine Antriebskinematik umfasst einen Antrieb, der dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Reinigungsdüse von der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung zumindest entlang einer Verfahrachse und/oder zumindest um eine Drehachse zu verfahren. Das Dachmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb entlang einer Antriebsachse und/oder um die Antriebsachse verfahrbar ist, und die Antriebsachse in einer von der Verfahrachse und/oder von der Drehachse verschiedenen Richtung ausgerichtet ist, und dass die Antriebskinematik zumindest ein Hebelelement umfasst, das mittels einer Festlagerung an einer Rahmenstruktur des Dachmoduls gehalten ist und mittels dessen eine Bewegung des Antriebes unmittelbar oder mittelbar auf die zumindest eine Reinigungsdüse übertragbar ist, und/oder das mittels einer Loslagerung mit dem Antrieb und/oder der zumindest einen Reinigungsdüse kraftübertragend in Verbindung steht.
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Die erfindungsgemäße Ausführung des Dachmoduls, genauer gesagt, die Verfahrbarkeit der zumindest einen Reinigungsdüse zwischen der eingefahrenen Stellung und der ausgefahrenen Stellung hat den Vorteil, dass keine Reinigungsdüsen in einem Sichtbereich des Umfeldsensors angeordnet sind. Somit wird durch die zumindest eine Reinigungsdüse kein „toter Winkelbereich“ erzeugt, in dem der Umfeldsensor aufgrund von Abschattung durch die Reinigungsdüsen keine Fahrzeugumgebung erfassen kann. Vielmehr ist es möglich, dass der Umfeldsensor in seinem gesamten Erfassungsbereich störungsfrei die Fahrzeugumgebung wahrnehmen kann. Hierdurch wird die Sicherheit und Erfassungsgenauigkeit des Umfeldsensors erhöht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Dachmodul kommt also vorzugsweise kein Wasserdruck-basierter Verstellantrieb zum Verstellen der Reinigungsdüse(n) zum Einsatz, sondern eine Antriebskinematik, die nicht mit Wasserdruck arbeitet, sondern vorzugsweise auf sonstige mechanische, elektrische oder bspw. öl-hydraulische Art und Weise funktioniert. Hierdurch ist die Ein- und Ausfahrbarkeit der Reinigungsdüse nicht mehr an einen Systemdruck der Reinigungsdüse gekoppelt, so dass das Druckniveau der zumindest einen Reinigungsdüse (bzw. des Reinigungskreislaufes) gegenüber einem Wasserdruck-basierten Antrieb, wie er im Stand der Technik zum Einsatz kommt, verringert werden kann. Somit können bspw. auch kleiner dimensionierte Pumpen (mit einem geringeren Druckniveau) zum Einsatz kommen, wodurch ein Bauraum und ein Energiebedarf eingespart werden. Ebenfalls ist durch die Verwendung des vorzugsweise mechanischen oder elektrischen Verstellantriebes ein Ein- und/oder Ausfahren der zumindest einen Reinigungsdüse mit einer gegenüber einem Wasserdruck-basierten Antrieb verringerten Latenzzeit möglich, da bspw. im Falle eines elektrischen Antriebs keine Verzögerung aufgrund eines Druckaufbaus entsteht, sondern die Verstellenergie unmittelbar (d. h., bspw. innerhalb weniger Millisekunden) bereitgestellt werden kann. Die Antriebskinematik ist also unabhängig von einem Fluidkreislauf eines Reinigungsfluides, so dass ein schnelleres Ein- und/oder Ausfahren gewährleistet werden kann. Durch die Verwendung der zumindest einen Antriebskinematik wird ein hohes Maß an Designfreiheit bei der Konstruktion und Auslegung des Dachmoduls ermöglicht, da die Antriebskinematik, im Gegensatz zu einem hydraulischen Antrieb sehr flexibel innerhalb des Dachmoduls platziert werden kann und keine konstruktionsseitige Bindung an eine Flussrichtung entlang eines hydraulischen Pfades notwendig ist. Somit ist eine sehr flexible Nutzung des verfügbaren Bauraumes möglich.
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Ebenfalls ist die erfindungsgemäße Anordnung der zumindest einen Reinigungsdüse aus ästhetischer Sicht von Vorteil, da keine ungewünschten Vorwölbungen auf der Dachhaut ausgebildet werden. Vielmehr ist die zumindest eine Reinigungsdüse in der eingefahrenen Stellung vorzugsweise vollständig, d. h., flächenbündig mit der Außenoberfläche der Dachhaut, in einer Öffnung des Flächenbauteils eingefahren und verschwindet in der eingefahrenen Stellung von dem äußeren Erscheinungsbild des Dachmoduls. Auch hat die erfindungsgemäße Anordnung der zumindest einen Reinigungsdüse den Vorteil, dass keine aerodynamischen Störfaktoren durch die zumindest eine Reinigungsdüse hervorgerufen werden. Somit kommt es in einem Fahrgastinnenraum eines Fahrzeuges vorzugsweise zu einer geringeren Geräuschemission. Ebenfalls kann durch die erfindungsgemäße, zumindest eine Reinigungsdüse aufgrund von aerodynamischen Designaspekten eine effizientere Reinigung des Durchsichtsbereiches gewährleistet werden, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
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Unter „zumindest einen Umfeldsensor“ wird verstanden, dass das Dachmodul einen oder mehrere Umfeldsensoren umfassen kann. Unter „zumindest eine Reinigungsdüse“ wird verstanden, dass das Dachmodul eine oder mehrere Reinigungsdüsen umfassen kann. Unter „zumindest eine Antriebskinematik“ wird verstanden, dass das Dachmodul einen oder mehrere Antriebskinematiken umfassen kann. Es ist also möglich, dass bei mehreren Reinigungsdüsen bspw. auch mehrere Antriebskinematiken zum Einsatz kommen. So kann eine Antriebskinematik bspw. für eine einzelne Reinigungsdüse oder auch für mehrere Reinigungsdüsen verwendet werden. Dies hängt im Wesentlichen von dem jeweiligen Anwendungs- und Designfall ab. Das Sichtfeld des Umfeldsensors erstreckt sich vorzugsweise in Form eines Kegels mit einem sensorspezifischen Kegelöffnungswinkel symmetrisch um die optische Achse des Umfeldsensors herum.
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Vorzugsweise umfasst das Dachmodul zumindest zwei Reinigungsdüsen die beabstandet voneinander in einer gemeinsamen Öffnung oder in zwei voneinander getrennten Öffnungen in dem Flächenbauteil des Dachmoduls verfahrbar angeordnet sind. Zum Zwecke der Reinigung kann das Dachmodul ferner eine oder mehrere Schlauchleitungen und/oder einen Tank für Reinigungsflüssigkeit aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass ein in einem Fahrzeug vorhandener Tank für Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung der Front- und Heckscheiben als Reservoir für die Reinigungsflüssigkeit verwendet wird. Bei der ausgefahrenen Stellung muss es sich nicht notwendigerweise um eine vollständig ausgefahrene Stellung handeln. So kann es bspw. möglich sein, dass die zumindest eine Reinigungsdüse lediglich in eine nicht vollständig ausgefahrene Stellung verfahren wird, insofern zum Beispiel lediglich ein Teilbereich des Durchsichtsbereiches (z.B. aufgrund einer bereichsweisen Verschmutzung) zu reinigen ist.
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Das Dachmodul nach der Erfindung kann eine Baueinheit bilden, in der Einrichtungen zum autonomen oder teilautonomen, durch Fahrassistenzsysteme unterstützten Fahren integriert sind und die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers als Einheit auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist. Ferner kann das Dachmodul nach der Erfindung als reines Festdach oder auch als Dach mitsamt Dachöffnungssystem ausgebildet sein. Zudem kann das Dachmodul zur Nutzung bei einem Personenkraftwagen oder bei einem Nutzfahrzeug ausgelegt sein. Das Dachmodul kann vorzugsweise als Baueinheit in Form eines Dachsensormoduls (Roof Sensor Modul (RSM)) bereitgestellt sein, in der die Umfeldsensoren vorgesehen sind, um als zulieferbare Baueinheit in einen Dachrahmen einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt zu werden.
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Grundsätzlich kann der Umfeldsensor des Dachmoduls nach der Erfindung in vielfältiger Weise ausgebildet sein und insbesondere einen Lidar-Sensor, einen Radarsensor, einen optischen Sensor, wie eine Kamera, und/oder dergleichen umfassen. Lidar-Sensoren arbeiten beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 905 nm oder auch von etwa 1.550 nm. Der Werkstoff der Dachhaut in dem Durchsichtsbereich sollte für den von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlängenbereich transparent sein, und sollte materialseitig daher in Abhängigkeit der von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlänge(n) ausgewählt sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Reinigungsdüse in zumindest einem Gehäuse angeordnet, das zumindest einen Deckelteil umfasst. Die zumindest eine Reinigungsdüse ist also vorzugsweise in einem separaten Gehäuse angeordnet. Das zumindest eine Gehäuse ist vorzugsweise verfahrbar an einer Rahmenstruktur des Dachmoduls gelagert. Im Falle, dass mehrere Reinigungsdüsen verwendet werden, können diese in einem einzigen Gehäuse, z. B. beabstandet voneinander, oder in jeweils separaten Gehäusen (z. B. der Anzahl der Reinigungsdüsen entsprechend) angeordnet sein. Das Gehäuse kann aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoff hergestellt sein, und die zumindest eine Reinigungsdüse zumindest abschnittsweise umschließen. Das Gehäuse weist einen Abschnitt auf, der den Deckelteil des Gehäuses ausbildet. Der Deckelteil kann als separater Aufsatz an dem Gehäuse montiert sein oder alternativ integral mit diesem verbunden sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der zumindest eine Deckelteil in der eingefahrenen Stellung der zumindest einen Reinigungsdüse flächenbündig, d. h. ohne, dass es einen Überstand gibt, mit der Außenoberfläche der Dachhaut des Fahrzeugdaches ab. In der ausgefahrenen Stellung steht die zumindest eine Reinigungsdüse vorzugsweise zumindest teilweise über der Außenoberfläche der Dachhaut des Fahrzeugdaches hervor, so dass ein Reinigungsfluid aus der Reinigungsdüse austreten und von au-ßen auf den Durchsichtsbereich gesprüht werden kann. Es ist bevorzugt, dass die zumindest eine Reinigungsdüse in der ausgefahrenen Stellung derart ausgerichtet ist, dass der Fluidkegel unter einem schrägen Anstellwinkel auf den Durchsichtsbereich trifft. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn zwei Reinigungsdüsen zum Einsatz kommen, die bspw. beidseitig neben dem Umfeldsensor (in der Blickrichtung der optischen Achse also rechts- und linksseitig von dem Umfeldsensor) angeordnet sind. Dann kann bspw. jede der Reinigungsdüsen oder zumindest ein Düsenkopf der Reinigungsdüsen gegenüber der optischen Achse des Umfeldsensors eine Schrägstellung aufweisen, so dass sich die beiden mittels der Reinigungsdüse ausbildbaren Fluidkegel zumindest bereichsweise überschneiden. Hierdurch wird zumindest in dem Überschneidungsbereich, der je nach Kegelöffnungswinkel vorzugsweise nahezu den gesamten Durchsichtsbereich überdeckt, die Reinigungswirkung erhöht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist mittels des zumindest einen Deckelteils zumindest eine Öffnung in dem Flächenbauteil, in der die zumindest eine Reinigungsdüse zwischen der eingefahrenen Stellung und der ausgefahrenen Stellung verfahrbar angeordnet ist, im Wesentlichen passgenau verschließbar. Mit anderen Worten umfasst die zumindest eine Reinigungsdüse vorzugsweise die Abdeckung bzw. den Deckelteil, welcher im Wesentlichen passgenau an dem zumindest einen Gehäuse angeordnet ist und die Öffnung in der Dachhaut in dem eingefahrenen Zustand verschließen kann. Die Abdeckung ist vorzugsweise im Wesentlichen (d. h., lediglich toleranzbedingte Größenabweichungen aufweisend) formgleich zu der Öffnung in dem Flächenbauteil ausgeführt. Durch die Abdeckung kann verhindert werden, dass die zumindest eine Reinigungsdüse bspw. durch herumfliegende Partikel oder ähnliches verstopft oder beschädigt wird. Eine derart geformte Abdeckung kann somit präzise und passgenau die Gehäuseöffnung verschließen, wenn die Reinigungsdüse eingefahren ist. Ferner kann der Deckelteil eine aerodynamisch optimierte Formgebung aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zumindest eine Gehäuse zumindest eine Öffnung, durch die die zumindest eine Reinigungsdüse einen bei einer Reinigung des Durchsichtsbereiches erzeugten Fluidkegel von außen, vorzugsweise in Gegenfahrtrichtung, auf den Durchsichtsbereich sprühen kann. Das Gehäuse umschließt also nicht vollkommen die zumindest eine Reinigungsdüse, sondern hat vielmehr zumindest eine Öffnung, durch die bspw. ein Sprühkopf der Reinigungsdüse hindurchragt, so dass das Reinigungsfluid ungehindert austreten kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Reinigungsdüse, entlang einer optischen Achse des Umfeldsensors betrachtet, links und/oder rechtsseitig von dem Umfeldsensor angeordnet. In dieser Ausführungsform sind zwei Reinigungsdüsen vorhanden, die beidseitig voneinander beabstandet, vorzugsweise symmetrisch zu der optischen Achse des Umfeldsensors, von dem Umfeldsensor in dem Flächenbauteil des Dachmoduls angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung ist es zum einen möglich, einen optimalen Überschneidungsbereich der Fluidkegel auszubilden, da die Fluiddüsen von beiden Seiten auf den Durchsichtsbereich vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgerichtet werden können. Zum anderen ist es möglich bspw. bei einem groß dimensionierten Durchsichtsbereich jeweils eine Halbfläche des Durchsichtsbereiches mittels einer der beiden Reinigungsdüsen sowie die andere Halbfläche des Durchsichtsbereiches mit der anderen der beiden Reinigungsdüsen zu reinigen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Reinigungsdüse unterhalb des Durchsichtsbereiches (betrachtet in einer Richtung hin zu der Dachhaut) des Umfeldsensors in dem Gehäuse angeordnet. Die Reinigungsdüsen sind also in Vertikalrichtung betrachtet vorzugsweise unterhalb einer Montagehöhe des Umfeldsensors angeordnet.
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Alternativ ist allerdings auch eine Anordnung der zumindest einen Reinigungsdüse auf einer Höhe des Umfeldsensors bzw. auf einer Montagehöhe, auf der die optische Achse des Umfeldsensors verläuft, oder oberhalb dazu denkbar. Die Reinigungsdüsen sind also je nach Bauraum und Beschaffenheit des Gehäuses des Umfeldsensors vorzugsweise beidseitig seitlich neben dem Umfeldsensor angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform fungiert zumindest ein Teil des zumindest einen Gehäuses in dem ausgefahrenen Zustand der zumindest einen Reinigungsdüse als Fahrtwind-Spoiler, mittels dessen ein Fahrwind weg von dem Durchsichtsbereich umlenkbar ist. Mit anderen Worten wird bei der Reinigung das zumindest eine Gehäuse der zumindest einen Reinigungsdüse ausgeklappt bzw. ausgefahren und bildet zumindest abschnittsweise einen Spoiler aus, der den Fahrtwind umlenkt. Dadurch wird das Sprühfeld bzw. der Sprühkegel der zumindest einen Sprühdüse weniger von dem Fahrtwind, jedoch auch weniger von einem ggf. vorherrschenden Umgebungswind beeinflusst. Der Fahrtwind und/oder der Umgebungswind wird vielmehr durch den Spoiler abgelenkt, so dass dieser nicht mehr unmittelbar auf den Durchsichtsbereich auftrifft, sondern vorzugsweise seitlich und oberhalb des Durchsichtsbereiches vorbeigelenkt wird. Somit wird der Sprühkegel weniger stark von dem Wind beeinträchtigt, so dass eine bessere Reinigungswirkung erzielt werden kann. Hierfür kann das Gehäuse, bspw. der Deckelteil und oder Seitenwände des Gehäuses aerodynamisch geformt sein und bspw. eine oder mehrere Wölbungen, Kanäle, Luftführungsspalte und/oder andere formgebende Elemente aufweisen. Die aerodynamische Formgebung des Gehäuses kann durch eines oder mehrere Bauteile, die an dem Gehäuse montiert sein können, bereitgestellt sein. Alternativ kann die aerodynamische Formgebung auch durch die integrale Ausgestaltung des Gehäuses bereitgestellt sein.
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Erfindungsgemäß umfasst die zumindest eine Antriebskinematik einen Antrieb, der dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Reinigungsdüse von der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung zumindest entlang einer Verfahrachse und/oder zumindest um eine Drehachse zu verfahren. Mittels der Antriebskinematik kann also das Gehäuse bewegt werden. Je nach Ausgestaltung der Kinematik, bewegt sich das Gehäuse bspw. translatorisch entlang einer oder mehrerer Verfahrachsen. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass sich das Gehäuse bei der Ein- und/oder Ausfahrbewegung um eine oder mehrere Drehachsen dreht bzw. um diese rotiert wird. Der genaue Bewegungsablauf hängt im Wesentlichen davon ab, wo die Antriebskinematik relativ zu dem Gehäuse der Reinigungsdüse platziert ist und welche Art und Größe von Bauraum für die zumindest eine Reinigungsdüse sowie für die Antriebskinematik zur Verfügung steht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Antrieb einen Elektromotor, einen Bowdenzug und/oder eine Öl-Hydraulik. Auch andere Arten von Antrieben, die hier nicht explizit genannt sind, sind denkbar. Bspw. kann auch ein (elektrisch betriebener) Linearantrieb eingesetzt werden, um die zumindest eine Reinigungsdüse von der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung zu verfahren. Bei dem Bowdenzug handelt es sich vorzugsweise um ein bewegliches Maschinenelement zur Übertragung einer mechanischen Bewegung sowie von Druck- und Zugkräften mittels einer biegsamen Kombination aus einem Drahtseil und einer in Verlaufsrichtung druckfesten Hülle. Bei der Öl-Hydraulik kann es sich bspw. um eines oder mehrere Hydraulikbauteile handeln, die mittels eines vorbestimmten Öldruckes arbeiten. Eine Öl-Hydraulik hat den Vorteil, dass ein beliebiges Druckniveau wählbar ist und derart eine Latenzzeit für den Druckaufbau zur Initiierung der Verfahrbewegung geringgehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der Antrieb entlang einer Antriebsachse und/oder um die Antriebsachse verfahrbar. Die Antriebsachse ist vorzugsweise in einer von der Verfahrachse und/oder von der Drehachse verschiedenen Richtung ausgerichtet. Der Antrieb ist also nicht, wie im Falle eines Wasserdruck-basierten Verfahrens der Reinigungsdüse, auf eine bestimmte Richtung beschränkt, sondern kann vorzugsweise frei gewählt werden. Somit kann die Antriebskinematik die Ein- und/oder Ausfahrbewegung in einer anderen Richtung (z. B. translatorisch entlang der Antriebsachse und/oder rotatorisch um die Drehachse) einleiten als die tatsächliche Ein- und/oder Ausfahrbewegung der Reinigungsdüse erfolgt. Dadurch ist es bspw. möglich, die Antriebskinematik seitlich neben (betrachtet in Blickrichtung der optischen Achse des Umfeldsensors) der Reinigungsdüse zu platzieren, die Reinigungsdüse allerdings in einer Vertikalrichtung (weg von einem Boden des Fahrzeuges) auszufahren. Durch die Entkopplung der Bewegungsrichtung wird der Grad an Designfreiheit erhöht, so dass ein zur Verfügung stehender Bauraum optimal nutzbar ist. Zur Umlenkung von Bewegungsrichtungen kann die Antriebskinematik bspw. ein Getriebe mit einem Zahnradantrieb umfassen. Auch andere Arten von Umlenkungen (z. B. ein Seilzug mit Rollen oder ähnliches) sind denkbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebskinematik zumindest eine Feder, mittels derer die zumindest eine Reinigungsdüse von der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung mittels einer Rückstellkraft der zumindest einen Feder rückstellbar ist. Die zumindest eine Reinigungsdüse wird also vorzugsweise nicht mittels der Antriebskinematik von der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung zurückgestellt. Vielmehr wird beim Ausfahren eine oder mehrere Federn mittels des Antriebs vorgespannt, so dass die zumindest eine Reinigungsdüse nach dem Reinigen mittels der vorgespannten Feder zurück in die eingefahrene Stellung verfahren werden kann, ohne dass hierfür abermals der Antrieb betätigt werden müsste. Durch eine Auswahl der Federkonstante(n) ist es möglich, eine Einfahrzeit festzulegen, wobei mit zunehmender Federhärte die Einfahrzeit verkürzt wird.
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Erfindungsgemäß umfasst die Antriebskinematik zumindest ein Hebelelement, das vorzugsweise mittels einer Festlagerung an einer Rahmenstruktur des Dachmoduls gehalten ist und mittels dessen eine Bewegung des Antriebes unmittelbar oder mittelbar auf die zumindest eine Reinigungsdüse übertragbar ist. Alternativ oder ergänzend (d. h., und/oder) steht das zumindest eine Hebelelement mittels einer Loslagerung mit dem Antrieb der zumindest einen Reinigungsdüse kraftübertragend in Verbindung. Die zum Ein- und/oder Ausfahren der zumindest einen Reinigungsdüse benötigte Kraft kann bspw. auch über ein oder mehrere Hebelelemente von dem Antrieb auf die Reinigungsdüse übertragen werden. Hierbei kann ein solches Hebelelement bspw. nur als Bindeglied zwischen dem Antrieb und der Reinigungsdüse dienen oder tatsächlich kinematisch an dem Bewegungsablauf (z. B. durch Richtungsumlenkung) der Ein- und/oder Ausfahrbewegung beteiligt sein. Auch kann das Hebelelement als eine Art Aufhängung an dem Gehäuse angeordnet sein, um diese bspw. um eine Drehachse zu drehen, wobei in diesem Fall das Hebelelement nur mittelbar mit dem Antrieb in Verbindung steht.
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Welche Art von Umfeldsensor in das Dachmodul eingebaut ist, ist grundsätzlich beliebig. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Lidar-Sensoren und/oder Radar-Sensoren und/oder Kamera-Sensoren und/oder Multikamera-Sensoren.
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Es versteht sich, dass die zuvor genannten und nachstehend noch zu erläuternden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination miteinander ausbildbar sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zudem beziehen sich sämtliche Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele des Dachmoduls vollumfänglich auf ein Kraftfahrzeug, das ein solches Dachmodul aufweist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisiert dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugdaches mit einem erfindungsgemäßen Dachmodul;
- 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dachmoduls in einer schematischen Ansicht (a) sowie in einer Schnittansicht (b) in einer eingefahrenen Stellung der Reinigungsdüsen;
- 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dachmoduls in einer schematischen Ansicht (a) sowie in einer Schnittansicht (b) in einer ausgefahrenen Stellung der Reinigungsdüsen;
- 4 ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses einer Reinigungsdüse in einer Schnittansicht in einer eingefahrenen Stellung der Reinigungsdüse;
- 5 ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses einer Reinigungsdüse in einer Schnittansicht in einer ausgefahrenen Stellung der Reinigungsdüse.
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In 1 ist ein Fahrzeugdach 100 eines Fahrzeugs (nicht komplett gezeigt) dargestellt, das ein Dachmodul 10 umfasst. Das Dachmodul 10 ist vorzugsweise als Baueinheit in einen Dachrahmen 104 des Fahrzeuges eingesetzt bzw. auf die zumindest zwei Querholme 102 sowie zumindest zwei Längsholme 106, durch die der Dachrahmen 104 gebildet wird, aufgesetzt. Das Dachmodul 10 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist ein Panoramadach 108 auf.
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Das Dachmodul 10 umfasst ein Flächenbauteil 12 zur Bildung einer Dachhaut 14 des Fahrzeugdaches 100. In einem frontseitigen Bereich des Fahrzeugdaches 100 bzw. des Dachmoduls 10 (betrachtet in einer Fahrzeuglängsrichtung x) ist symmetrisch zu der Fahrzeuglängsachse ein Umfeldsensor 16 angeordnet. Der Umfeldsensor 16 ist unmittelbar hinter einem vorderen Querholm 102, der einen dachseitigen Windlauf des Fahrzeuges definiert, angeordnet. Der Umfeldsensor 16 ist in einem Sensorgehäuse 18 angeordnet, mittels dessen der Umfeldsensor 16 ein- und ausfahrbar in einer nicht näher gezeigten Öffnung in der Dachhaut 14 des Dachmoduls 10 an einer Rahmenstruktur 110 angeordnet (bzw. an dieser montiert) ist. Alternativ kann der Umfeldsensor 16 mit dem Sensorgehäuse 18 auch auf einer Außenoberfläche der Dachhaut 14 bzw. auf dem Flächenbauteil 12 montiert sein. Der Umfeldsensor 16 ist in einem Inneren des Sensorgehäuses 18 angeordnet. Das Sensorgehäuse 18 bildet einen Trockenbereich aus, in dem der Umfeldsensor 16 feuchtigkeitsdicht angeordnet ist. Der Umfeldsensor 16 ist vorliegend ein Lidar-Sensor. Es können jedoch auch andere Sensortypen, z. B. (Multidirektional-) Kameras, die beim (teil-) autonomen Fahren Verwendung finden, zum Einsatz kommen.
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Der Umfeldsensor 16 bzw. das Sensorgehäuse 18 des Umfeldsensors 16 umfasst einen Durchsichtsbereich 20, der beispielsweise aus einem, vorzugsweise bruchsicheren, Kunststoff oder sonstigen (teil-) transparenten Material hergestellt sein kann. Der Umfeldsensor 16 ist entlang einer optischen Achse 22 ausgerichtet, die im Falle von 1 parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet ist.
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Das Dachmodul 10 umfasst ferner zumindest eine Reinigungsdüse 24, mittels derer der Durchsichtsbereich 20 reinigbar ist. Vorliegend ist das Dachmodul 10 in einer Ausführung mit zwei Reinigungsdüsen 24 (siehe 2 (a), (b) und 3 (a), (b)), die jeweils durch einen Zufuhrkanal (nicht dargestellt) mit einem Reinigungsfluid (bspw. eine Flüssigkeit oder ein Gas) gespeist werden. Die Reinigungsdüsen 24 sind in einer Reinigungsstellung vorzugsweise angewinkelt zueinander ausgerichtet, so dass der Durchsichtsbereich 20 aus zwei verschiedenen Richtungen gereinigt werden kann. Bei dem Reinigungsfluid kann es sich bspw. um eine wässrige Seifenlauge handeln. Alternativ ist auch eine Reinigung mit Druckluft oder einem sonstigen unter Druck stehenden Gas denkbar. Bei dem Austritt des Reinigungsfluides aus den Reinigungsdüsen 24 wird jeweils ein Fluidkegel erzeugt, der auf den Durchsichtsbereich 20 trifft und diesen reinigt (siehe 5). Die Fluidkegel können sich dabei vorzugsweise zumindest bereichsweise in einem Überschneidungsbereich des Durchsichtsbereiches 20 überschneiden (nicht näher gezeigt).
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Die Reinigungsdüsen 24 sind vorliegend in zumindest einem Gehäuse 28 angeordnet. In der in den 2 und 3 gezeigten Ausführung sind die beiden Reinigungsdüsen 24 in einem gemeinsamen Gehäuse 28 angeordnet. Alternativ ist es auch möglich, dass jede der (vorliegend zwei) Reinigungsdüsen 24 in einem separaten Gehäuse 28 angeordnet ist. Das Gehäuse 28 ist an der Rahmenstruktur 110 verfahrbar montiert bzw. an dieser verfahrbar gelagert, so dass die Reinigungsdüsen 24 zwischen einer eingefahrenen Stellung (siehe 2 und 4) und einer ausgefahrenen Stellung (siehe 3 und 5) verfahrbar sind. Gemäß der 2 und 3 sind die Reinigungsdüsen 24 entlang einer Verfahrachse 30 translatorisch zwischen der eingefahrenen Stellung (siehe 2) und der ausgefahrenen Stellung (siehe 3) verfahrbar. In einer alternativen Ausführungsform gemäß der 4 und 5 sind die Reinigungsdüsen 24 hingegen um eine Drehachse 32 rotatorisch drehbar zwischen der eingefahrenen Stellung (siehe 4) und der ausgefahrenen Stellung (siehe 5) verfahrbar.
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Die Verfahrbarkeit zwischen der eingefahrenen Stellung und der ausgefahrenen Stellung wird mittels einer Antriebskinematik 34 bereitgestellt. Die Antriebskinematik 34 verfährt die zumindest eine Reinigungsdüse 24 derart, dass zumindest ein Deckelteil 36 des Gehäuses 28 in der eingefahrenen Stellung der zumindest einen Reinigungsdüse 24 flächenbündig mit der Außenoberfläche der Dachhaut 14 des Fahrzeugdaches abschließt (siehe 2 (a)). In der ausgefahrenen Stellung der zumindest einen Reinigungsdüse 24 steht der zumindest eine Deckelteil 36 zumindest teilweise über der Au-ßenoberfläche der Dachhaut 14 des Fahrzeugdaches 100 hervor, wie dies insbesondere den 3 (a) und 5 entnehmbar ist. Mittels des zumindest einen Deckelteils 36 ist zumindest eine Öffnung 38 in dem Flächenbauteil 12, in der die zumindest eine Reinigungsdüse 24 zwischen der eingefahrenen Stellung und der ausgefahrenen Stellung verfahrbar angeordnet ist, im Wesentlichen passgenau verschließbar. Ferner umfasst das Gehäuse 28 ebenfalls zumindest eine Öffnung 40, durch die die zumindest eine Reinigungsdüse 24 in der ausgefahrenen Stellung der zumindest einen Reinigungsdüse 24 den bei einer Reinigung des Durchsichtsbereiches 20 erzeugten Fluidkegel von außen, vorzugsweise in Gegenfahrtrichtung, auf den Durchsichtsbereich 20 sprühen kann.
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Zumindest ein Teil des Gehäuses 28 fungiert in dem ausgefahrenen Zustand der zumindest einen Reinigungsdüse 24 als (Fahrt-) Wind-Spoiler, mittels dessen ein Fahrtwind weg von dem Durchsichtsbereich 20 umlenkbar ist. Eine derartige aerodynamische Formgebung des Gehäuses 28 ist schematisch der 5 entnehmbar. Hierbei ist zumindest der Deckelteil 36 des Gehäuses derart ausgebildet, dass ein Fahrtwind (oder auch ein Umgebungswind) derart in vertikaler Richtung abgelenkt wird, dass er nicht mehr auf den Durchsichtsbereich 20 auftrifft. Hierdurch ist eine effektivere Reinigung des Durchsichtsbereiches 20 möglich, da der Reinigungsprozess nicht mehr durch Fahrtwind oder Umgebungswind beeinflusst wird, durch den bspw. das Reinigungsfluid verweht werden kann. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass bspw. eine oder mehrere Seitenwände des Gehäuses 28 derart geformt sind, dass der Fahrtwind (oder auch ein Umgebungswind) seitlich an dem Durchsichtsbereich 20 (betrachtet in einer Richtung orthogonal zu der optischen Achse) vorbeigeführt werden kann.
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Die Antriebskinematik 34 umfasst einen Antrieb 42, der in den Figuren lediglich schematisch angezeigt ist. Der Antrieb 42 kann bspw. einen Elektromotor, einen Bowdenzug und/oder eine Öl-Hydraulik umfassen. Auch andere Antriebsarten sind denkbar. Der Antrieb 42 kann bspw. entlang einer Antriebsachse 44 und/oder um die Antriebsachse 44 verfahrbar sein. Vorliegend ist der Antrieb 42 ein Elektromotor, bei dem die Antriebsachse 44 die Drehachse darstellt. Vorzugsweise ist die Antriebsachse 44 in einer von der Verfahrachse 30 und/oder von der Drehachse 32 verschiedenen Richtung ausgerichtet. Im Falle der 2 und 3 ist die Antriebsachse 44 orthogonal zu der Verfahrachse 30 ausgerichtet. Im Falle der 4 und 5 fällt die Antriebsachse 44 hingegen mit der Drehachse 32 zusammen. Zur Umlenkung der Bewegung kann die Antriebskinematik 34 vorzugsweise ein Getriebe mit einem Zahnradantrieb oder ähnliches aufweisen.
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Im Falle der 2 und 3 umfasst die Antriebskinematik 34 ferner zumindest eine Feder 46 (vorliegend zwei Federn 46), mittels derer die zumindest eine Reinigungsdüse 24 von der ausgefahrenen Stellung zurück in die eingefahrene Stellung mittels einer Rückstellkraft der zumindest einen Feder 46 rückstellbar ist. Durch den Antrieb 42 werden die Federn 46 beim Ausfahren der Reinigungsdüsen 24 vorgespannt. Nach Beendigung der Reinigung des Durchsichtsbereiches 20 kann sodann eine Haltekraft (bspw. bereitgestellt durch eine Selbsthemmung des Elektromotors) gelöst werden, durch die die Reinigungsdüsen 24 in der ausgefahrenen Stellung gehalten werden. Nach dem Lösen können die Reinigungsdüsen dann mittels der Vorspannung der Federn 46 zurück in die eingefahrene Stellung bewegt werden, ohne dass hierfür nochmals eine zusätzliche Antriebsenergie bereitgestellt werden muss.
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Die Antriebskinematik 34 umfasst in den Ausführungsbeispielen gemäß der 2 und 3 ferner zumindest ein Hebelelement 48. Vorliegend umfasst die Antriebskinematik 34 ein erstes Hebelelemente 48 und ein zweites Hebelelement 50, die jeweils an einem ihrer Enden über ein Loslager miteinander kraftübertragend verbunden sind. Das erste Hebelelement 48 ist an seinem einen Ende mit dem Antrieb 42 derart verbunden, dass eine Drehung des Antriebes 42 (d. h. des Elektromotors) um die Antriebsachse 44 auf das erste Hebelelement übertragen wird. Durch die Verbindung des ersten Hebelelements 48 mit dem zweiten Hebelelement 50 wird diese Drehung wiederum auf das zweite Hebelelement 50 übertragen. Das zweite Hebelelement 50 greift in einen Bügel 52 ein (siehe 2 (a) und 3 (a)), der an einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses 28 fix angeordnet ist. Das zweite Hebelelement 50 ist mit Spiel (d. h. zumindest translatorisch beweglich) in dem Bügel 52 geführt. Hierdurch wird eine Drehbewegung des ersten Hebelelements 48 über das zweite Hebelelement 50 auf den Bügel 52 übertragen, der durch die fixe Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt diesen entlang (d. h. translatorisch) der Verfahrachse 30 bewegt wird und somit die Reinigungsdüsen 24 ausgefahren werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dachmodul
- 12
- Flächenbauteil
- 14
- Dachhaut
- 16
- Umfeldsensor
- 18
- Sensorgehäuse
- 20
- Durchsichtsbereich
- 22
- optische Achse
- 24
- Reinigungsdüse
- 28
- Gehäuse
- 30
- Verfahrachse
- 32
- Drehachse
- 34
- Antriebskinematik
- 36
- Deckelteil
- 38
- Öffnung in dem Flächenbauteil
- 40
- Öffnung in dem Gehäuse
- 42
- Antrieb
- 44
- Antriebsachse
- 46
- Feder
- 48
- erstes Hebelelement
- 50
- zweites Hebelelement
- 52
- Bügel
- 100
- Fahrzeugdach
- 102
- Querholm
- 104
- Dachrahmen
- 106
- Längsholm
- 108
- Panoramadach
- 110
- Rahmenstruktur
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugbreitenrichtung
