DE102018209803A1

DE102018209803A1 - Vorrichtung zum volumengesteuerten Portionieren von Reinigungsfluid

Info

Publication number: DE102018209803A1
Application number: DE102018209803.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hahn
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-19
Also published as: US20210252540A1; US11919018B2; CN112351840B; WO2019243153A1; CN112351840A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum volumengesteuerten Portionieren von Reinigungsfluid, mit einem Gehäuse (2) und einer in dem Gehäuse (2) verschiebbar angeordneten Kolbeneinheit (9), welche ein Reinigungsfluid aus einer Kammer (3) in einen Ausflusskanal (8) verdrängt. Um eine verbesserte gattungsgemäße Vorrichtung anzubieten, welche eine exakte Portionierung bei einer verringerten Temperaturabhängigkeit sowie in einer möglichst schnellen Reinigungsabfolge erlaubt wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kolbeneinheit (9) einen Kolbenkörper (6)und wenigstens eine Ventileinrichtung (5) umfasst, welche am Kolbenkörper (6) angeordnet ist und in der Rücklaufbewegung der Kolbeneinheit (9) eine Befüllung der Kammer (3) mit dem Reinigungsfluid gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum volumengesteuerten Portionieren beziehungsweise Dosieren von Reinigungsfluid für eine in einem Kraftfahrzeug eingebaute Reinigungsanlage, insbesondere zur Verwendung für Reinigung von optischen oder optoelektronischen Apparaten, insbesondere Kameras zur Erfassung von Fahrzeugumgebung bei teil- oder vollautonomen Fahrzeugsteuerungssystemen. Derartige Vorrichtungen dienen zur gezielten, stoßartigen Abgabe von definiert festgelegten Mengen eines insbesondre wässrigen Reinigungsfluids, wodurch eine besonders sparsame Verwendung des Reinigungsfluids erreicht wird.
Zu diesem Zweck wird in den gattungsgemäßen Vorrichtungen das Reinigungsfluid aus einer Kammer mit einem druckdifferenzbetätigten Kolben verdrängt, wobei das Volumen der durch den Kolben begrenzten Kammer konstruktiv das Dosiervolumen beziehungsweise die Portion von Reinigungsfluid definiert, welche bei einem Reinigungsvorgang beziehungsweise Sequenz oder Stoß durch eine oder mehrere nachgeschalteten Düsen abgegeben werden soll.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus WO 2017194062 A1 bekannt. Darin wird bei Aktivierung einer der Vorrichtung vorgelagerten Fördereinrichtung - beispielsweise einer Pumpe, der Fluiddruck vor dem Kolben erhöht, so dass dieser aufgrund der entstandenen Druckdifferenz in die Kammer verschoben und das Reinigungsfluid aus der Kammer in eine nachgeschaltete hydraulische Leitung zu einer Sprühdüse verdrängt. Nach Abschaltung der Fördereinrichtung fällt der Druck vor dem Kolben und dieser wird in seine Ausgangslage zurück verschoben. Dabei wird die Kammer durch eine definierte interne Undichtigkeit - beispielsweise einen schmalen Spalt zwischen dem Kolben und der Mantelfläche oder das Überströmen einer Radialdichtung des Kolbens wieder mit dem Reinigungsfluid befüllt.
Der Rücklauf kann dadurch vergleichsweise lange dauern, wodurch eine schnelle Abfolge von Reinigungsvorgängen nicht oder nur mit reduzierten Portionen möglich ist. Des Weiteren können solche Vorrichtungen, beispielsweise durch temperaturbedingte unterschiedliche Volumen- oder Härteänderungen von Einzelkomponenten, in ihrer Wirkungsweise und Präzision negativ beeinflusst werden.
Insbesondere bei Verwendung von nachgeschalteten Düsen mit sehr geringem Wasserdurchfluss verhinderten zudem interne Undichtigkeiten eine exakte Volumendosierung. Durch die Undichtigkeiten durchströmen überschüssige Mengen von Reinigungsfluid die Vorrichtung, wodurch das konstruktiv festgelegte Dosiervolumen überschritten und der Verbrauch erhöht wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte gattungsgemäße Vorrichtung anzubieten, welche eine exakte Portionierung bei einer verringerten Temperaturabhängigkeit sowie in einer möglichst schnellen Reinigungsabfolge erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit Merkmalen nach dem Hauptanspruch gelöst. Weiterbildungen und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung und Figuren.
Die Erfindung sieht vor, dass die Kolbeneinheit einen Kolbenkörper 6und Ventileinrichtung umfasst, welche am Kolbenkörper angeordnet ist und in der Rücklaufbewegung der Kolbeneinheit eine Befüllung der Kammer mit dem Reinigungsfluid gewährleistet. Dadurch wird im Rücklauf eine rasche Wiederbefüllung der zur Portionierung verwendeten Kammer ermöglicht und im Vorlauf die Präzision sowie der Wirkungsgrad durch Vermeidung von Undichtigkeiten verbessert.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass die Ventileinrichtung einen Ventilkörper aufweist, welcher relativ zum Kolbenkörper entlang der Mittelachse begrenzt verschiebbar angeordnet ist. Dadurch wird eine einfache, zuverlässige sowie zwangsweise Ventilansteuerung durch die Ansteuerung der Pumpe zur Reinigungsfluidversorgung und der daran gekoppelten Position der Kolbeneinheit ermöglicht, eine gesonderte Ventilsteuerung ist nicht erforderlich.
Für einen besonders platzsparenden, kostengünstigen Aufbau sowie sichere und effizienten Funktionsweise umfasst der Ventilkörper gemäß der bevorzugten Ausführungsform einen ersten Ventilkopf mit einem ersten Schließkörper zum Verschließen des Zuflusskanal und einen daran gekoppelten zweiten Ventilkopf mit einem zweiten Schließkörper zum Verschließen des Ausflusskanals auf.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Ventilkopf 11 eine Dichtfläche aufweist, welche bei Anlage des Kolbenkörpers am Ventilkopf den Axialdurchbruch hydraulisch abdichtet, wodurch interne Undichtigkeiten im Vorlauf vermieden und Präzision sowie Wirkungsgrad gesteigert werden
Die Erfindung sieht weiter vor, dass für eine schnelle sowie temperaturunabhängige Befüllung der Kammer mit Reinigungsfluid der Kolbenkörper wenigstens einen Axialdurchbruch aufweist, welcher gemäß der bevorzugten Ausführungsform für eine effektive platzsparende Bauweise vom Ventilkörper durchragt ist.
Um einen schnelle und ungehinderte Befüllung der Kammer beim Rücklauf der Kolbeneinheit ist gemäß der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Federelement vorgesehen, welches den Ventilkörper entgegen der Betätigungsrichtung vorspannt und dadurch einen ungehinderten Durchfluss ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht ferner vor, dass der Axialdurchbruch stets mit der Kammer hydraulisch verbunden ist, insbesondere mittels am Kolbenkörper vorgesehenen Verbindungskanälen. Dadurch werden interne hydraulische Widerstände verringert und Schaltgeschwindigkeit der Ventileinrichtung erhöht.
Die Erfindung sieht ebenfalls vor, dass für eine kostengünstige und effiziente Rückversetzung der Kolbeneinheit in dem Gehäuse eine Druckfeder angeordnet ist, welche die Kolbeneinheit entgegen der Betätigungsrichtung vorspannt und bei Vorlaufbewegung durch die Kolbeneinheit komprimiert wird.
Um den Wirkungsgrad der Vorrichtung weiter zu erhöhen, sieht die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weiter vor, dass in Flussrichtung nach dem Ausflusskanal ein normal geschlossenes, insbesondere druckgesteuertes Rückschlagventil angeordnet ist, welches ein Ansaugen von Reinigungsfluid in die Kammer durch den Ausflusskanal verhindert.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigen in Schnittdarstellung:

1a eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung mit der Kolbeneinheit in einer unbetätigten Ausgangslage.
1b vergrößerte Detailansicht der Ventileinrichtung in der Konstellation gemäß 1a.
2a die Ausführungsform gemäß 1 nach Verdrängung einer festgelegten Portion der Reinigungsfluids, mit der Kolbeneinheit in ihrer betätigten Endlage.
2b vergrößerte Detailansicht der Ventileinrichtung in der Konstellation gemäß 2a.

Fig. 1
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Mittelachse A gestaltet und verfügt über ein in etwa hülsenförmiges Gehäuse 2 mit einem Hohlraum 16, welcher mit einem Reinigungsfluid befüllbar ist sowie einer darin entlang der Mittelachse A bewegbaren Kolbeneinheit 9, weiche in dem Hohlraum 16 eine Kammer 3 begrenzt.
Ein in den Hohlraum 16 mündender Zuflusskanal 7 ist hydraulisch mit einer hier nicht gezeigten Fördereinrichtung verbunden und dient zur Druckbefüllung des Hohlraums 16 mit Reinigungsfluid.
Die Kolbeneinheit 9 ist durch ein Dichtelement 28 radial gegen die Mantelfläche 4 des Hohlraums 16 abgedichtet. Bei einer Erhöhung des Drucks in dem Zuflusskanal 7 entsteht in Betätigungsrichtung B vor der Kolbeneinheit 9 ein Überdruck im Vergleich zum Druck in der nach der Kolbeneinheit 9 angeordneten Kammer 3. Durch diese Druckdifferenz wird die Kolbeneinheit 9 aus der gezeigten unbetätigten Ausgangslage in eine Vorlaufbewegung versetzt und in Betätigungsrichtung B bis zum Anschlag, in ihre betätigte Endlage gemäß 2a verschoben. Dabei verdrängt die Kolbeneinheit 9 eine konstruktiv festgelegte Portion von Reinigungsfluid aus der Kammer 3 durch einen Ausflusskanal 8 zu einer nachgeschalteten, nicht gezeigten Sprühdüse. Während der Vorlaufbewegung wird das mit der Kolbeneinheit 9 durch den Ausflusskanal 8 verdrängte Volumen aus dem Zuflusskanal 7 in den Hohlraum 16 nachgefüllt.
Des Weiteren wird in der Vorlaufbewegung durch die Kolbeneinheit 9 eine Druckfeder 19 komprimiert, welche die Kolbeneinheit 9 stets entgegen der Betätigungsrichtung B vorspannt und als Rückholfeder zum Rückversetzen der Kolbeneinheit in die Ausgangslage dient.
Dem Ausflusskanal 8 Rückschlagventil 20 nachgeschaltet, welches ein Rückfließen von Reinigungsfluid aus den hier nicht gezeigten hydraulischen Leitungen durch den Ausflusskanal 8 zurück in den Hohlraum 16 verhindert. Das Rückschlagventil 20 ist ein normal geschlossenes sowie druckbetätigt ausgebildet und umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel eine schlauchförmige elastische Membrane 27, welche über eine Querbohrung 26 aufgezogen ist, in die der Ausflusskanal 8 mündet. Beim Herausfördern von Reinigungsfluid aus der Kammer 3 durch den Ausflusskanal 8 erhöht sich der Fluiddruck vor der Membrane 27, wodurch sie sich ausdehnt und einen Spalt zum Durchfließen für das Reinigungsfluid freigibt.
Innerhalb der Erfindung kann das Rückschlagventil auch anders aufgebaut sein, bspw. kann die Membrane zur Verringerung des Widerstandes geschlitzt ausgebildet oder ein mit Federelement vorgespannter Schließkörper kann verwendet werden.
Die Kolbeneinheit 9 verfügt über eine Ventileinrichtung 5, welche zum einen hydraulischen Axialdurchbruch 15 durch die Kolbeneinheit 9 wahlweise sperrt oder freigibt sowie zum Abdichten beziehungsweise Absperren des Zuflusskanals 7 sowie des Abflusskanals 8 eingerichtet ist.
In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist die Kolbeneinheit 9 einen Kolbenkörper 6 mit einem durchgehenden, radial mittig angeordneten Axialdurchbruch 15 auf, welcher einen Durchfluss von Reinigungsfluid durch die Kolbeneinheit 9 hindurch ermöglicht und von einem kombinierten Ventilkörper 10 der Ventileinrichtung 5 durchragt ist.
Der Ventilkörper 10 verfügt zuflussseitig über einen ersten Ventilkopf 11 und ausflussseitig über einen zweiten Ventilkopf 13, welche mittels eines stangenförmigen Koppelelements 23 aneinander gekoppelt beziehungsweise miteinander verbunden sind.
Das Koppelelement 23 verläuft durch den Axialdurchbruch 15 und ist in seiner axialen Länge derart ausgelegt, dass der Ventilkörper 10 relativ zum Kolbenkörper 6 axial geringfügig verschiebbar ist. Eine Dichtfläche 18 am ersten Ventilkopf 11 und ein radialer Kragen 25 am zweiten Ventilkopf 13 bilden dabei Anschläge für den Kolbenkörper 6 zur Begrenzung der Axialverschiebung des Ventilkörpers 10.
In seinem Querschnitt ist das Koppelelement 23 derart ausgelegt, dass ein Durchfluss von Reinigungsfluid durch den Axialdurchbruch 15 entlang des Koppelelements 23 möglich ist.
Der erste Ventilkopf 11 weist einen schirmartigen Schließkörper 12 auf, der an seiner dem Kolbenkörper 6 zugewandten über eine Dichtfläche 18 verfügt. In der unbetätigten Ausgangslage der Kolbeneinheit 9 wird der Schließkörper 12 durch die Druckfeder 19 vom Kolbenkörper 6 gegen die Mündung des Zuflusskanals 7 gepresst und verschließt diese abdichtend. Weil der Kolbenkörper 6 zugleich gegen die Dichtfläche 18 gepresst ist, wird dadurch der Axialdurchbruch 15 ebenfalls abdichtend verschlossen.
Fig.2
In der 2 ist die Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit der Kolbeneinheit 9 in ihrer betätigten Endlage dargestellt
Ausgehend von der unbetätigten Ausgangslage nach 1 wird durch Aktivierung einer nicht gezeigten Pumpe der Druck im Zuflusskanal 7 erhöht. Dieser Druck presst den Ventilkopf 12 mit der Dichtfläche 18 gegen den Kolbenkörper 6, so dass der Axialdurchbruch 15 dicht verschlossen bleibt. Im Hohlraum 16 baut sich im Zuflussbereich ein Überdruck auf, welcher auf die gesamte Querschnittfläche der Kolbeneinheit 9 wirkt, diese entgegen die Federkraft der Druckfeder 19 in Vorlaufbewegung in die Betätigungsrichtung B versetzt und dadurch den Reinigungsfluid aus der Kammer 3 in den Ausflusskanal verdrängt.
Der Ventilkörper 10 weist auf der Ausflussseite den Ventilkopf 13 auf, welcher zum Verschließen des Ausflusskanals 8 vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist am Ventilkopf 12 ein elastischer Schließkörper 14 angeordnet, welcher mit einem Ventilsitz 29 kooperiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schließkörper 14 als ein O-Ring vorgesehen, wobei innerhalb der Erfindung weitere Ausführungen mit äquivalenten Wirkung selbstverständlich zulässig sind.
Für ein zuverlässiges Einfädeln und Zentrieren im Ausflusskanal 8 verfügt der Ventilkopf 13 über eine im Wesentlichen konische Spitze.
In der Vorlaufbewegung legt sich zunächst der Schließkörper 14 am Ventilsitz 29 an, wodurch die Bewegung des Ventilkörpers 10 gestoppt und der Ausflusskanal 8 gegenüber der Kammer 3 verschlossen werden. Der Kolbenkörper 6 verschiebt sich jedoch noch geringfügig weiter in Betätigungsrichtung B relativ zum Ventilkörper 10, bis er an einem Kragen 25 am Ventilkopf 13 anschlägt. Dabei wird der Ventilkopf 12 vom Kolbenkörper 6 abgehoben und der Axialdurchbruch 15 dadurch für eine Durchströmung mit Reinigungsfluid freigegeben. Verbindungskanäle 30 gewährleisten eine hydraulische Verbindung zwischen der Kammer 3 und dem Axialdurchbruch 15 wenn der Kolbenkörper 6 am Kragen 25 des Ventilkopfes 13 angeschlagen liegt.
Solange die Pumpe läuft und der hydraulische Druck von der Zuflussseite auf die Kolbeneinheit 9 aufrechterkalten wird, bleibt der Ausflusskanal 8 verschlossen. Nach dem Abschalten der Pumpe wird die Kolbeneinheit 9 durch die Druckfeder 19 in die Rücklaufbewegung versetzt, dabei wird die Kammer 3 durch den Axialdurchbruch 15 wieder befüllt.
Um den Axialdurchbruch 15 in der Rücklaufbewegung stets offen zu halten damit die Befüllung der Kammer 3 erfolgen kann, ist in der Kolbeneinheit 9 zwischen dem Kolbenkörper 6 und dem Ventilkörper 10 ein Federelement 17 angeordnet, welches den Ventilkörper 10 gegenüber dem Kolbenkörper 6 entgegen der Betätigungsrichtung B vorspannt. Das Federelement 17 ist dabei derart schwach ausgelegt, dass es den Ventilkörper 10 in der Vorlaufbewegung bei einer aktivierten Pumpe nicht gegen den zuflussseitig wirkenden Pumpendruck gegenüber dem Kolbenkörper 6 verschieben kann und lediglich nach Abschaltung der Pumpe in der Rücklaufbewegung der Kolbeneinheit 9 den Ventilkopf 12 beabstandet zum Kolbenkörper 6 hält.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Gehäuse
3: Kammer
4: Mantelfläche
5: Ventileinrichtung
6: Kolbenkörper
7: Zuflusskanal
8: Ausflusskanal
9: Kolbeneinheit
10: Ventilkörper
11: Erster Ventilkopf
12: Erster Schließkörper
13: Zweiter Ventilkopf
14: Zweiter Schließkörper
15: Axialdurchbruch
16: Hohlraum
17: Federelement
18: Dichtfläche
19: Druckfeder
20: Rückschlagventil
21: Zulaufstutzen
22: Ablaufstutzen
23: Koppelelement
24: Rastelement
25: Kragen
26: Querbohrung
27: Membrane
28: Dichtelement
29: Ventilsitz
30: Verbindungskanal
A: Mittelachse
B: Betätigungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017194062 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zum volumengesteuerten Portionieren von Reinigungsfluid, mit einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Hohlraum (16), welcher mit dem Reinigungsfluid befüllbar ist, mit wenigstens einer in den Hohlraum (16) mündenden Zuflusskanal (7) zum Zuführen von Reinigungsfluid in den Hohlraum (16), mit wenigstens einer in den Hohlraum (16) mündenden Ausflusskanal (8) zum Herausfördern von Reinigungsfluid aus dem Hohlraum (16), mit einer in dem Hohlraum (16) entlang einer Mittelachse (A) versetzbaren Kolbeneinheit (9), welche in dem Hohlraum (16) in eine Betätigungsrichtung (B) eine Kammer (3) begrenzt und aus einer unbetätigten Ausgangslage heraus durckdifferenzbetätigt in einer Vorlaufbewegung das Reinigungsfluid aus der Kammer (3) in die Ausflusskanal (8) verdrängt, und in einer Rücklaufbewegung in die unbetätigte Ausgangslage zurückversetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (9) einen Kolbenkörper (6) undwenigstens eine Ventileinrichtung (5) umfasst, welche am Kolbenkörper (6) angeordnet ist und in der Rücklaufbewegung der Kolbeneinheit (9) eine Befüllung der Kammer (3) mit dem Reinigungsfluid gewährleistet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) einen Ventilkörper (10) aufweist, welcher relativ zum Kolbenkörper (6) entlang der Mittelachse (A) begrenzt verschiebbar angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (10) einen ersten Ventilkopf (11) mit einem ersten Schließkörper (12) zum Verschließen des Zuflusskanals (7) und einen zweiten Ventilkopf (13) mit einem zweiten Schließkörper (14) zum Verschließen des Ausflusskanals (8) aufweist, wobei die beiden Ventilköpfe (11,13) aneinander gekoppelt sind.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (9) ein Federelement (17) aufweist, welches den Ventilkörper (10) entgegen der Betätigungsrichtung (B) vorspannt.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkörper (6) wenigstens einen Axialdurchbruch (15) aufweist, welcher zum Befüllen der Kammer (3) mit Reinigungsfluid dient.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Axialdurchbruch (15) vom Ventilkörper (10) durchragt ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Axialdurchbruch (15) stets mit der Kammer (3) hydraulisch verbunden vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilkopf (11) eine Dichtfläche (18) aufweist, welche bei Anlage des Kolbenkörpers (6) am ersten Ventilkopf (11) den Axialdurchbruch (15) hydraulisch abdichtet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) eine Druckfeder (19) angeordnet ist, welche die Kolbeneinheit (9) entgegen der Betätigungsrichtung (B) vorspannt und bei Vorlaufbewegung durch die Kolbeneinheit (9) komprimiert wird.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in einer Reinigungsfluid-Förderrichtung nach der Ausflusskanal (8) ein normal geschlossenes Rückschlagventil (20) angeordnet ist, welches beim Herausfördern von Reinigungsfluid aus der Kammer 3 druckdifferenzgesteuert in einen geöffneten Zustand versetzt wird.