DE19523760C2 - Vorrichtung zum Reinigen einer Scheibe, insbesondere einer Frontscheibe eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Seit langem versucht man, die herkömmlichen Scheibenwischer bei Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, Zügen, Schiffen oder Flugzeugen, durch andere Vorrichtungen zu ersetzen, die nicht so anfällig sind und stets eine saubere Reinigung der Frontscheibe von Fahrzeugen gewährleisten.

Aus der DE-OS 43 35 829 ist eine Reinigungsvorrichtung für Windschutzscheiben bekannt, bei der die Windschutzscheibe über eine Düse flächig mit Wasser besprüht wird, so daß die ganze Scheibe bewässert wird. Anschließend wird das Wasser aufgefangen und gegebenenfalls über einen Filter an den Wasserbehälter zurückgeleitet. Dieser Reinigungseffekt der Scheibe ist abhängig von dem Druck des Sprühwassers; er kann auch durch eine normale oder modifizierte Scheiben­ wischeranlage unterstützt werden.

Ferner sind Düsenanordnungen bekannt, die zumindest längs eines Randes, meistens des Unterrandes der Frontscheibe, verlaufen oder diese umgeben und von einer Druckluftquelle, z. B. einem vom Motor eines Kraftfahrzeuges angetriebenen Kompressor mit Druck versorgt werden. Zum Reinigen von trockenen Scheiben können noch Spritzdüsen für Wasser oder Reinigungsflüssigkeiten vorgesehen werden, wobei auch die Möglichkeit besteht, direkt in die Druckluft Flüssigkeiten einzuspritzen, die dann gleichzeitig mit dem Luftstrahl auf die Scheibe auftreffen. Zweckmäßigerweise sind dann die Düsen noch manuell verstellbar, um eine größtmögliche Reinigungswirkung zu erreichen. Als Stand der Technik seien z. B. auf das DE-GM 94 13 693.9 hingewiesen.

Wesentlich bei einem derartigen Reinigungssystem ist eine gleichmäßige Lieferung von Druckluft mit hohem Druck wobei es wünschenswert ist, zur Bereitstellung der Druckluft möglichst wenig Energie aufzuwenden.

Bei den bekannten Vorrichtungen sind zwar teilsweise die Düsen manuell einstellbar ausgebildet, jedoch ist diese manuelle Einstellung dem Fahrzeugführer überlassen, der seine subjektiv optimale Einstellung wählt, die nicht stets der tatsächlich optimalen Einstellung entspricht. Diese muß zudem während der Fahrt z. B. eines Kraftfahrzeugs geändert werden, um an die jeweilige Fahrsituation angepaßt zu werden, wobei jedoch zum einem der Zeitaufwand hierfür erheblich ist und zum anderen die Fahrsicherheit gefährdet ist, da der Fahrer während der Einstellung nicht mehr konzentriert auf den Verkehr achten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, die eine hohe Reinigungswirkung bei allen Situationen erlaubt und hierbei mit einem geringen Energiebedarf auskommt.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung liegt demnach darin, als Druckfluidquelle einen Turbinenverdichter mit einem Antriebsteil und einem Verdichterteil zu verwenden und ferner zum Einstellen der Fluiddüsen ein automatisches Fluidicsystem einzusetzen, dessen Arbeitsströmung durch ein Steuerfluid in Abhängigkeit von Fahrparametern des Fahrzeuges beeinflußt wird.

Eine derartige Vorrichtung benötigt nur eine relativ geringe Energie, da ein Turbinenverdichter einen hohen Wirkungsgrad hat. Da zudem die Düsen über das Fluidicsystem automatisch in Abhängigkeit von Fahrparametern, insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeit, Seitenwindströmung, Luftdruck oder dergleichen eingestellt werden, kann der Fahrer auch während einer Verstellung bzw. Einstellung der Fluiddüsen seine ganze Aufmerksamkeit auf den Verkehr richten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Reinigen der Frontscheibe eines Kraftfahrzeuges;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Anordnung von Düsenleisten zu beiden Seiten der Frontscheibe;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Einstelleinrichtung der einzelnen Düsen mit einem Fluidicsystem;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines in dem Fluidicsystem verwendeten Fluidicelementes.

In Fig. 1 ist die Frontscheibe 1 eines Fahrzeugs, hier eines Kraftfahrzeuges dargestellt, wobei längs der beiden Seitenränder und gegebenenfalls längs des Unterrandes jeweils eine Düsenleiste 2 angeordnet ist, die näher in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wird. Jeder dieser Düsenleisten ist über ein Schlauchsystem 3 mit einer Verdichterturbine 4 verbunden. In diesem Falle sind 2 Verdichterturbinen vorgesehen, die jeweils einen Saugeinlaß 5, ein Turbinenrad 6 und einen Auslaß 7 aufweisen, wobei der Auslaß 7 mit dem erwähnten Schlauchsystem 3 verbunden ist. Jede Verdichterturbine 4 wird über einen Antriebskeil 8 angetrieben, in diesem Fall einen schnell drehenden Elektromotor. Der Antriebskeil 8 kann jedoch ebenfalls eine Turbine sein, deren Antriebsrad auf der gleichen Welle wie das Turbinenrad 6 der Verdichterturbine 4 angeordnet ist, wobei Antriebsturbine und Verdichterturbine z. B. einen herkömmlichen, von den Abgasen des Kraftfahrzeugmotors angetriebenen Turbolader bilden. Die Drehzahl der Verdichterturbinen kann über eine Drehzahlsteuerung 9 automatisch eingestellt werden, wobei diese Drehzahlsteuerung in Abhängigkeit von Fahrparametern, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit v erfolgt. Mit dieser Drehzahlsteuerung kann der Versorgungsdruck für die Düsenleisten 2 an die jeweilige Fahrsituation angepaßt werden.

In Fig. 1 ist noch schematisch eine Heizeinrichtung 10 dargestellt, die in die Strömung des Schlauchsystems eingefügt werden kann, um erwärmte Luft den Düsenleisten 2 zuzuführen. Dies wirkt auch einer vereisungsgefahr entgegen. Der Gefahr einer Vereisung kann auch dadurch begegnet werden, daß die Düsenleisten anderweitig beheizt werden, etwa durch eine in den Düsenleisten eingelegte Widerstandsheizung o. dgl. Ferner ist noch ein Reservoir 11 für ein Reinigungsfluid, z. B. Wasser mit Reinigungszusätzen dargestellt, wobei dieses Reinigungsfluid in das Schlauchsystem 3 injiziert bzw. in dieses eingesaugt und den Düsenleisten zugeführt werden kann.

In Fig. 3 ist ein Teil einer Düsenleiste 2, hier ohne Abdeckung, dargestellt. Die Düsenleiste weist eine Trägerleiste 21 auf, die an den Rändern der Frontscheibe 1 befestigt ist. In dieser Trägerleiste 21 sind mehrere Lavaldüsen 22 angeordnet. Die Lavaldüsen 22 werden über einen gemeinsamen Versorgungskanal 24 versorgt, an dem das Schlauchsystem 3 angeschlossen ist. Um bei allen Strömungsbedingungen eine optimale Anströmung der Frontscheibe zu gewährleisten und ein Abreißen der Strömung zu verhindern, ist es möglich, daß die Lavaldüsen 22 - wie weiter unten ausgeführt - einen variablen Strömungsquerschnitt aufweisen.

In Fig. 3 ist noch eine Leitung 24 dargestellt, von denen Zweitleitungen 25 in jede der Lavaldüsen 22 abzweigen. Durch diese Leitung 24 kann das oben erwähnte Reinigungsfluid aus dem Reservoir 11 direkt zu den Lavaldüsen geführt werden anstatt es der Druckluftströmung in dem Schlauchsystem 3 beizumischen.

Zum Einstellen der Strömungsrichtung aus den Lavaldüsen 22 ist ein Fluidicsystem 31 vorgesehen, welches mehrere, in Fig. 4 gezeigte Fluidicelemente 32 aufweist. Derartige Fluidicelemente, die den sogenannten Coanda-Effekt ausnutzen sind bekannt; vergleiche etwa DE-OS 15 23 453. Das Fluidicelement 32 weist einen Einlaß 33, eine Steuerkammer 34, zwei auf entgegengesetzten Seiten um die Steuerkammer mündende Steuerkanäle 35 und 36, zwei von der Steuerkammer 34 v-förmig wegführende Arbeitskanäle 37 und 38 mit jeweils einer Entlastungsöffnung 39 bzw. 40 sowie einen Arbeitszylinder 41 auf. Der Arbeitszylinder 41 weist eine Arbeitskammer 42 auf, die sich etwa zwischen den beiden Arbeitskanälen 37 und 48 erstreckt und in der ein Arbeitskolben 43 leitet, der mit einer durchgehenden Stellstange 44 verbunden ist. Die Arbeitskanäle 37 bzw. 38 münden jeweils an einer Seite in die Arbeitskammer 42. Diese Fluidicelemente 33 werden über einen Versorgungskanal 45 mit einem Fluid versorgt, wobei im einfachsten Falle jeder Versorgungskanal 45 eine Abzweigung des Schlauchsystemes 3 bildet. Die Arbeitsströmung für die Fluidicelemente strömt jeweils in den Einlaß 33 eines Fluidelementes und wird je nach den Strömungsverhältnissen in der Steuerkammer 34 in eine der beiden Arbeitskanäle geleitet. In Fig. 4 strömt das Arbeitsfluid in den linken Arbeitskanal 37, wodurch dem Arbeitskolben 43 in der Figur nach rechts geschoben wird um einen Rückstau der Arbeitsströmung und damit einem Umschlagen dieser Strömung in den anderen Arbeitskanal zu verhindern, kann überschüssiges Arbeitsfluid durch die Entlastungsöffnung 39 abströmen. Wenn die Stellstange 44 in die andere Richtung verschoben werden soll, wird über den in der Fig. 4 linken Steuerkanal 35 ein Steuerfluid eingeleitet, durch die die Arbeitsströmung in den rechten Arbeitskanal 38 umschlägt und den Arbeitskolben 43 nach links bewegt. Das Steuerfluid wird z. B. zentral für alle Fluidicelemente 32 über zwei Versorgungskanäle 46 und 47 zugeführt, wobei dann die Versorgungskanäle 46 jeweils über nicht gezeigte Abzweigleitungen mit dem Steuerkanal 35 und der Versorgungskanal über entsprechende Abzweileitungen mit dem Steuerkanal 36 verbunden wird. Die Zufuhr des Steuerfluides in die Steuerkanäle 35 bzw. 36 wird wiederum von der erwähnten Systemsteuerung 12 vorgenommen, die mit Hilfe z. B. von Magnetventilen evtl. durch Strahlablenkung einer Strömungsweiche die Einspeisung des Fluides steuert.

Um mit den Fluidicelementen 32 die Anströmung der Frontscheibe über die Lavaldüsen 22 zu variieren, sind mehrere Möglichkeiten denkbar. Die eine ist, daß die Lavaldüsen 22 schwenkbar in der Trägerleiste 21 gelagert sind und die Stellstange 44 des Fluidicelementes direkt mit einer Lavaldüse verbunden ist und diese entsprechend verschwenkt. Die Lavaldüsen 22 können hierzu an ihrem hinteren Ende zu einer Kugel geformt und in eine entsprechende Aufnahme in der Trägerleiste 21 eingesetzt sein, wie in Fig. 3 gezeigt. Auch eine kardanische Lagerung ist möglich. Mit Hilfe von zwei Fluidicelementen, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, können die Lavaldüsen in allen Raumrichtungen verstellt werden. Es ist vorteilhaft, mit Hilfe eines Fluidicelementes 32 eine Gruppe von mehreren Lavaldüsen 22 zu verstellen, um den Steueraufwand gering zu halten.

Als weitere Möglichkeit der Verstellung der Ausströmrichtung der Lavaldüsen ist es denkbar, die Düsen fest, d. h. nicht verschwenkbar zu lagern und über die Stellstange 44 eine Ablenkdüse bzw. eine Gruppe von Ablenkdüsen 48 zu steuern, die z. B. über den Versorgungskanal 24 oder den Versorgungskanal 45 mit in diesem Falle Luft evtl. geregelt durch Steuerung, versorgt werden und in die Strömung der Lavaldüsen 22 gerichtet werden können, wodurch diese abgelenkt wird. Anstatt hierfür eigene Ablenkdüsen 48 zu verwenden, können auch Spoiler oder sonstige Störkörper verwendet werden, die mit der Stellstange 44 verbunden sind und direkt in die Strömung der Lavaldüsen eingreifen.

Um die jeweils optimale Anströmung der Frontscheibe 1 zu gewährleisten, ist es notwendig, eine Information entweder über die Lage der Lavaldüsen oder der Ablenkdüsen bzw. Spoiler zu erhalten, also derjenigen Organe, die mit der Stellstange 44 verbunden sind. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, innerhalb der Arbeitskammer 42 einen Sensor 51 vorzusehen, z. B. ein Widerstandsband, auf dem der elektrisch leitende Arbeitskolben 43 gleitet, der als Spannungsteiler wirkt, so daß in einer entsprechenden hier nicht gezeigten Auswerteschaltung innerhalb der Systemsteuerung 12 die exakte Lage der Stellstange 44 und damit der damit verbundenen Organe bestimmt wird.

Zur alleinigen oder zusätzlichen Steuerung der Fluidelemente ist es im übrigen auch möglich, die Steuerkanäle 35 und 36 gegebenenfalls über Druckwandler mit der Atmosphäre zu verbinden, wobei dann die Öffnungen 52 der Steuerkanäle innerhalb der Trägerleiste so angeordnet werden, daß sie dem Fahrtwind in ganz bestimmter Weise ausgesetzt sind. Dieser Fahrtwind ist ein Maß z. B. für die Fahrzeuggeschwindigkeit, aber auch ein Maß für den Seitenwind und den Luftdruck. Je nach dem in welcher Stärke und Weise er auf die Öffnungen bzw. die Druckwandler der Steuerkanäle 35 und 36 trifft, wird die Arbeitsströmung innerhalb der Fluidicelemente geschaltet.

Das gesamte System wird über die Systemsteuerung 12 gesteuert, in die die Fahrparameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Seitenwind etc. aber auch sonstige Parameter, so z. B. Signale eines Feuchtigkeitssensors, eines Temperatursensors oder eines Luftdrucksensors und dergleichen eingegeben werden.

Zur angesprochenen Verstellung des Strömungsquerschnitts der Lavaldüsen ist es z. B. möglich, die Düsen jeweils aus zwei Halbschalen auszubilden, die gegeneinandergeklappt werden können, wodurch der Strömungsquerschnitt variiert wird. Die Verstellung kann z. B. über eine Stellstange 61 erfolgen, die durch ein Fluidicelement bewegt wird. Ebenso ist es möglich, die Lavaldüsen aus einem elastischen Material auszugestalten, das entsprechend verformt wird. Hierbei muß nicht die gesamte Düse aus diesem Material sein; es genügt, daß hier nur ein Keil, z. B. ein Keil innerhalb der Düsenwand elastisch ist. Ferner ist es möglich, einen konischen Ring in Längsrichtung über die Düse zu verschieben; dies kann z. B. mit Hilfe einer Unter- bzw. Unterdruckdose geschehen. Auch eine Verstellung mit einer Induktionsspule ist möglich. Die Verstellung des Strömungsquerschnitts kann z. B. aufgrund der Strömung in Meßbohrungen 53 in der sich konisch erweiternden Wand der Lavaldüsen 22 erfolgen, die auf ein entsprechendes Fluidicsystem einwirkt. Diese Aufgabe kann auch durch die Systemsteuerung 12 erfolgen.

Um die Reinigungswirkung des Systems zu verbessern, ist es möglich, in den Lavaldüsen noch kleine Leitschaufeln vorzusehen, durch die der austretende Fluidstrahl in Rotation versetzt wird.

Die erwähnte Systemsteuerung 12 wird vorzugsweise dezentralisiert, indem z. B. in jeder Düsenleiste 2 eine eigene Systemsteuerung 12 vorgesehen wird; diesen einzelnen Systemsteuerungen können entweder zentral ermittelte Fahrparameter oder mit Hilfe von eigenen Sensoren dezentral ermittelte Fahrparameter zugeführt werden.

Die Trägerleisten können im übrigen in Längsrichtung und gegebenenfalls auch in Querrichtung einfach oder mehrfach geteilt sein. Die Formen z. B. der Fluidicelemente können so größtenteils als Konturen aus den entsprechenden Querschnitten der Trägerleisten im Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Reinigen einer Scheibe, insbesondere einer Frontscheibe eines Fahrzeugs, mit einer Düsenanordnung aus einer Vielzahl von gerichteten Düsen, einer Einstelleinrichtung zum Verstellen und Ausrichten der Düsen in bezug zu der Scheibe, mit einer Druckfluidquelle und einer Ventilanordnung zwischen Druckfluidquelle und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfluidquelle einen Turbinenverdichter mit einem Antriebsteil (8) und einem Verdichterteil (4) aufweist, wobei der Verdichterteil eine Verdichterturbine (4), einen Saugeinlaß (5) und einen mit den Düsen (22) verbundenen Verdichterauslaß (7) aufweist und mit dem Antriebsteil (8) drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet ist, und daß die Einstelleinrichtung ein Fluidicsystem (31) aufweist, durch das ein Arbeitsfluid für die Einstelleinrichtung zur Ausrichtung des aus den Düsen (22) abgegebenen Fluides strömt, wobei die Strömung des Arbeitsfluides durch ein Steuerfluid in Abhängigkeit von Fahrparametern des Fahrzeugs, insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeit und Seitenwindströmung und Luftströmung, beeinflußbar ist, derart, daß bei im wesentlichen allen Fahrbedingungen das aus den Düsen (22) strömende Fluid auf die Scheibe (1) trifft und diese reinigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsteil (8) des Turbinenverdichters einen schnell drehenden Elektromotor aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenverdichter (4, 8) ein von den Abgasen eines Fahrzeugmotors angetriebener Turbolader ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Reservoir (11) für ein Reinigungsfluid zum Beimischen in die Strömung aus den Düsen (22) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) Lavaldüsen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidicsystem (31) mehrere Fluidicelemente (32) aufweist, die nach dem Coanda-Typ arbeiten und einen Einlaß (33), eine Steuerkammer (34), zwei auf entgegengesetzten Seiten der Steuerkammer in diese mündende Steuerkanäle (35, 36), zwei V-förmig von der Steuerkammer (34) wegführende Arbeitskanäle (37, 38) sowie in jedem der Arbeitskanäle eine Entlastungsöffnung (39, 40) aufweisen, und daß die Arbeitskanäle (37, 38) auf entgegengesetzten Seiten eines Arbeitszylinders (41) in dessen Arbeitskammer (42) mit einem darin verschiebbar gelagerten Arbeitskolben (43) münden, und daß der Arbeitskolben (43) mit einer Stellstange (44) versehen ist, die mit einem Organ (22, 48) zur Beeinflussung der Ausströmrichtung des Fluides aus den Düsen (22) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) in einer Trägerleiste (21) schwenkbar (bei 23) gelagert sind und die Stellstange (44) direkt mit den Düsen (22) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) fest ausgerichtet sind und die Stellstange (44) mit einer Ablenkeinrichtung (48) für die aus den Düsen (22) austretende Fluidströmung verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine Ablenkdüse (48) oder ein mechanisch in die Strömung der Düsen (22) eingreifender Ablenkkörper, insbesondere ein Spoiler ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Düsen verstellbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (22) und das Fluidicsystem (31) in zumindest einer Trägerleiste (21) angeordnet ist, die längs des Randes der Frontscheibe (1) verläuft.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerleiste (21) beheizbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerleiste (21) in Längsrichtung und gegebenenfalls in Querrichtung ein- oder mehrfach geteilt ist, derart, daß zumindest ein Teil der Düsen (22), des Fluidicsystems (31) und der Versorgungskanäle (24, 25, 46, 47) für Düsen und Fluidicsystem als Konturen der entsprechenden Querschnitte der Leistenteile im Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt werden können.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen der Vorrichtung durch eine Systemsteuerung (12) automatisch in Abhängigkeit von Fahrparametern des Fahrzeuges, wie Geschwindigkeit, Seitenwind, Luftdruck, Temperatur etc. gesteuert werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Fluidicelement (32) des Fluidicsystems (31) die Ausströmrichtung einer Gruppe von Düsen (22) steuert.