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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Versorgungsmodul für ein fahrzeugintegriertes Reinigungssystem zur Reinigung definierter Oberflächen im Außenbereich des Fahrzeugs wie Scheiben, Scheinwerfer und insbesondere Kameras und Sensoren moderner Fahrzeuge, sowie das entsprechende Reinigungssystem.
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Derartige Reinigungssysteme sind bekannt. Bei bekannten Reinigungssystemen werden üblicherweise spezielle Reinigungsdüsen für Kameras und Sensoren (beispielsweise LiDAR-Sensoren) in ein konventionelles Scheibenreinigungssystem integriert. Solche Reinigungssysteme haben mehrere Nachteile. Zum einen sind Ansteuermöglichkeiten für einzelne Düsen beschränkt, mehrere Verbraucher müssen häufig kombiniert werden. Beispielsweise wird eine Heckkamera gleichzeitig mit der Heckscheibe gereinigt - die Heckkamerareinigung ist an die Ansteuerung der für die Heckscheibenreinigung gekoppelt. Dies steigert den Verbrauch der Reinigungsflüssigkeit und Belastung des Pumpenantriebs.
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Bei konventionellen Reinigungssystemen werden üblicherweise einfache Gleichstrommotoren mit Kohlebürsten als Pumpenantriebe eingesetzt. Solche Antriebe werden meistens als Kurzzeitläufer ausgelegt, sind entsprechend kompakt und kostengünstig, in ihrer Leistung und Steuerbarkeit jedoch vergleichsweise beschränkt, der mögliche Volumenstrom ist stark begrenzt. Mit den damit angetriebenen konventionellen Pumpen können nur wenige Verbraucher beziehungsweise Düsen gleichzeitig bedient werden. Moderne, für autonomes Fahren ausgelegte Fahrzeuge verfügen häufig über 5 oder mehr einzelne Sensoren, welche gereinigt werden müssen, abgesehen von den üblichen Scheinwerfer- und Scheibenreinigungsdüsen. Die Leistungsfähigkeit von konventionellen Pumpenantrieben ist bei solchen Systemen meist früh erschöpft, lange Reinigungsvorgänge mit einem hohen benötigten Volumenstrom können zu einer thermischen und hydraulischen Überlastung eingesetzter Pumpenantriebe führen.
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Weiterhin besteht keine Möglichkeit, hydraulische Parameter der Pumpe an die Reinigungsflüssigkeitseigenschaften anzupassen. Beispielsweise werden im Winter als Reinigungsflüssigkeit Wasser-Alkohol-Gemische verwendet, welche eine erhöhte Viskosität aufweisen. Bei tiefen Temperaturen steigt die Viskosität zusätzlich an. Konventionelle Pumpenantriebe können die dabei entstehenden hydraulischen Reibungsverluste häufig nicht ausgleichen, was zu mangelhaften Reinigungsergebnissen führt. Um das Problem abzumildern, müssen oft separate Heizvorrichtungen im Innenraum des Vorratsbehälters angeordnet werden. Komplexität und Herstellkosten der Vorratsbehälter werden dadurch erhöht.
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Eine Pumpe wird meist seitlich außerhalb des Behälters angeordnet und mittels eines Anschlussstutzens und einer Dichtung mit dem Behälterinnenraum hydraulisch verbunden, wie es beispielsweise aus
DE 10 2005 043 561 A1 bekannt ist. Eine solche Verbindungsstelle ist jedoch eine potenzielle Leckagequelle und der Anschlussstutzen kann Druckverluste verursachen die Leistungsfähigkeit der Pumpe zusätzlich mindern.
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Aus
DE 11 2015 005 034 T5 ist eine ebenso außerhalb des Behälters angeordnete Pumpe mit einem integrierten Flüssigkeitsstandgeber aufweist, welcher in einem Rohr am Pumpgehäuse platziert ist. Dadurch können die Anschlussverkabelung und auch die Behälterkonstruktion vereinfacht werden, weil ein gesonderter separater Sensor samt zugehörigen elektrischen Anschluss vermieden wird. Eine derartige Konstruktion löst jedoch nicht die vorstehen beschrieben Nachteile.
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Aus
DE 19 25 116 A1 ist es bekannt, den Pumpenantrieb im oberen Bereich des Innenraums des Vorratsbehälters zu positionieren und an der Verschlusskappe zu befestigen. Bei dieser Lösung gestaltet sich das Befüllen des Vorratsbehälters problematisch, da hierzu jedes Mal die komplette Pumpeneinheit entnommen werden muss. Zudem führt dies zu einer ungünstigen Gewichtsverteilung insbesondere bei einem leeren Behälter und einer erhöhten Belastung der Befestigungspunkte des Behälters.
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Es stellt sich somit die Aufgabe der Erfindung eine Lösung vorzuschlagen, die insbesondere moderne Reinigungssysteme mit vielen unterschiedlichen Verbrauchern effizient und mit hoher Leistung mit Reinigungsflüssigkeit versorgt werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Versorgungsmodul mit Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Weitere Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung.
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Die Erfindung sieht ein Versorgungsmodul vor, welches als eine Art Plugin-Modul zum Einsetzen in den Vorratsbehälter konzipiert ist und alle notwendigen Komponenten für ein komplexes Reinigungssystem, insbesondere für Kamera und Sensorreinigung, kompakt miteinander verbindet. Lediglich durch die Anpassung der Höhe kann ein derartiges Modul sehr einfach für unterschiedliche Vorratsbehälter angepasst werden.
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Insbesondere umfasst das Versorgungsmodul neben einer Pumpe auch ein oder mehrere Sensoren, insbesondere einen Drucksensor auf der Druckseite der Pumpe, welche zum effizienten Betrieb von Komponenten des Reinigungssystems erforderlich sind, sowie erforderlichen hydraulischen und elektrischen Schnittstellen.
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Das Versorgungsmodul weist eine Nasskammer und eine Trockenkammer auf. Die Sensoren oder deren Erfassungskomponenten können zusammen mit der Pumpe in der Nasskammer angeordnet werden, wo sie unmittelbar von Reinigungsflüssigkeit umgeben sind. Lediglich sehr kurze Verbindungsleiter sind dadurch notwendig, um der erforderlichen Auswertungs- oder anderen Elektronikkomponenten anzubinden, welche sicher nassgeschützt in unmittelbarer Nähe in der Trockenkammer angeordnet sind. Für besonders kurze Verbindungswege und effizienten Aufbau können die Sensoren unmittelbar an der Trennwand zwischen den beiden Kammern angeordnet sein oder in diese integriert werden.
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Die Höhe des Versorgungsmoduls kann durch sehr einfache Modifikationen seiner Gehäusehöhe der jeweiligen Behältertiefe angepasst werden, mit der Vorgabe, dass dieser möglichst nah am Behälterboden endet. Die Pumpe mit ihrem elektrischen Antrieb bleibt dadurch besonders lange von der Reinigungsflüssigkeit umgeben, wodurch eine effektive Kühlung des Pumpenantriebs und zugleich Erwärmung der Reinigungsflüssigkeit aufrechterhalten wird.
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Darüber hinaus kann das Versorgungsmodul eine integrierte Schnittstelle zum Befüllen des Vorratsbehälters mit Reinigungsflüssigkeit enthalten, wobei die Befüllung des Vorratsbehälters vorzugsweise durch die Nasskammer des Versorgungsmoduls erfolgt. Dadurch wird insbesondere beim Einfüllen von ungemischten Bestandteilen Reinigungsflüssigkeit wie beispielsweise Reinigungskonzentrat oder Frostschutzmittel die Vermischung durch entstehende Turbulenzen intensiviert und eine unerwünschte Schichtbildung verhindert.
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Das Versorgungsmodul kann mit elektronischen Komponenten und gesonderten Steuereinheiten versehen werden, welche, je nach Bedarf, einzelne Komponenten des Reinigungssystems wie beispielsweise den einzelnen Düsen vorgeschalteten elektromagnetischen Sperrventile gezielt ansteuern können. Dazu werden Flüssigkeitsleitungen Düsen und entsprechende Steuerleitungen zu allen Ventilen geführt, welche über die gemeinsame Pumpe im Versorgungsmodul gleichzeitig mit Druck versorgt werden.
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Der Antrieb der Pumpe ist bevorzugt als ein BLDC-Motor ausgeführt, da ein solcher besonders leistungsfähig und verschleißarm ist und bei gleichzeitiger Betätigung einer Vielzahl von Düsen eine lange Laufzeit, bis hin zum Dauerlauf einstellen kann.
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Zusätzlich kann ein BLDC-Antrieb bedarfsgerecht von der Elektronik angesteuert werden. Beispielsweise kann durch einen Drucksensor gemessene Leitungsdruck Mittels PWM-Ansteuerung des Antriebs unabhängig von der Anzahl aktivierter Verbraucher konstant gehalten werden. Ebenso können durch die aktive Antriebssteuerung Viskositätseffekte bei unterschiedlichen Reinigungsflüssigkeiten und unterschiedlichen Flüssigkeitstemperaturen ausgeglichen werden.
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Um diese Parameter zu erfassen, kann das Versorgungsmodul mit Gefrierpunkt-, Füllstands-, Temperatur- und Drucksensoren ausgestattet werden. Die konkrete Ausstattung kann, je nach Bedarf und Kundenwunsch individuell gestaltet sein.
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Das Versorgungsmodul kann eine kombinierte mehrpolige elektrische Schnittstelle zur Kommunikation mit einer elektronischen Steuereinrichtung im Fahrzeug und zur Stromversorgung des Versorgungsmoduls und seiner Komponenten umfassen. Hierdurch bleibt die Montage im Fahrzeug sehr einfach. Die Schnittstelle kann beispielsweise die zentrale Stromversorgung des Moduls, eine CAN- oder LIN-Schnittstelle zur Fahrzeugkommunikation sowie Ansteuerkontakte aller erforderlichen Schaltventile des Reinigungssystems aufweisen. Darüber hinaus kann auch eine Ansteuerung eines zusätzlichen Druckluftsystems integriert werden, welches beispielsweise von einem externen Luftkompressor gespeist, bestimmte Sensoren gezielt trocknen kann.
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Weiterhin können Anschlussmöglichkeiten für gesonderte Schlauch- oder Düsenheizungen integriert sein, welche je nach detektierter Temperatur aktiviert werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen, vereinfacht und nicht maßstäblich:
- 1 einen Vorratsbehälter mit einer ersten Ausführungsform des Versorgungmoduls mit seitlich nebeneinander angeordneten Nass- und Trockenkammern.
- 2. einen Querschnitt eines Versorgungsmoduls mit seitlich nebeneinander angeordneten Nass- und Trockenkammern.
- 3 einen Vorratsbehälter mit einer zweiten Ausführungsform des Versorgungsmoduls mit axial übereinander angeordneten Nass- und Trockenkammern.
- 4 einen Vorratsbehälter mit einer dritten Ausführungsform des Versorgungsmoduls mit einer räumlich entfernt ausgelagert vorgesehenen Trockenkammer.
- 5 drei verschiedene Ausführungsformen eines Füllstandssensors.
- 6 zwei verschiedene Ausführungsformen eines Füllstandssensors mit einem beweglichen Geber.
- 7 zwei verschiedene Ausführungsformen eines Füllstandssensors ohne bewegliche Elemente.
- 8 ein beispielhaftes Reinigungssystem mit einem Versorgungsmodul in einem Fahrzeug.
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Fig. 1
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1 zeigt, schematisch und stark vereinfacht, eine erste Ausführungsform eines Versorgungsmoduls 1 für ein in einem Fahrzeug eingebautes Reinigungssystem. Das Versorgungsmodul 1 ist zum Einsetzen in den Innenraum 5 eines Vorratsbehälters 4 konzipiert, das mit Reinigungsflüssigkeit 2 gefüllt ist.
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Das gezeigte Versorgungsmodul 1 umfasst eine Pumpe 3 zum Fördern der Reinigungsflüssigkeit 2 dem Vorratsbehälter 4 zu den hier nicht gezeigten Verbrauchern wie beispielsweise Reinigungsdüsen, mehrere Sensoren S zur Erfassung von verschiedenen Parametern der Reinigungsflüssigkeit 2, elektronische Komponenten 14, welche zum Betrieb der Pumpe 3 und Sensoren S benötigt werden, sowie die erforderlichen Schnittstellen wie elektrische beziehungsweise hydraulische Stecker und Kupplungen.
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Die Pumpe 3 verfügt über einen elektrischen Antrieb, welcher vorzugsweise als ein BLDC- beziehungsweise bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt ist. Dieser Motortyp hat eine hohe Leistungsausbeute, kann sehr flexibel, adaptiv elektronisch angesteuert werden, beispielsweise durch Pulsweitenmodulation beziehungsweise PWM und weist zudem einen sehr geringen Verschleiß auf.
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Innerhalb der Erfindung können die Auswahl und Anzahl von Sensoren variieren, um an jeweiligen konkreten Bedarf und Aufgabe angepasst zu werden.
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Die gezeigte Ausführungsform des Versorgungsmoduls 1 enthält folgende Sensoren:
- - Einen Füllstandssensor 6 zum Erfassen Des Füllstandes L der Reinigungsflüssigkeit 2 in dem Innenraum 5.
- - Einen Drucksensor 7 zum Erfassen des hydraulischen Druckes auf der Druckseite der Pumpe 3.
- - einen Gefrierpunktsensor 8 zur Bestimmung des Gefrierpunktes der Reinigungsflüssigkeit 2.
- - Einen Temperatursensor 9 zum Erfassen der Temperatur der Reinigungsflüssigkeit 2.
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Mit der Kenntnis des aktuellen Füllstandes L kann beispielsweise der Fahrer rechtzeitig zum Nachfüllen des Vorratsbehälters 4 aufgefordert oder ein Trockenlaufen der Pumpe 3 verhindert werden.
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Mit der Kenntnis des aktuellen Druckes im Reinigungssystem kann beispielsweise die Pumpensteuerung bedarfsgerecht optimiert werden, ebenso können damit auch Fehler wie Leckagen oder Verstopfungen erkannt werden.
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Eine Reinigungsflüssigkeit 2 ist im Allgemeinen ein Gemisch aus verschiedenen Bestandteilen wie Wasser, Alkohol, Tenside, Glykole etc. In Abhängigkeit von Konzentration der einzelnen Bestandteile friert das Gemisch bei unterschiedlichen Temperaturen ein. Mit Kenntnis des aktuellen Gefrierpunktes des vorhandenen Gemisches können im Winter rechtzeitig geeignete Maßnahmen zum Erhalten der Funktionsfähigkeit des Reinigungssystems ergriffen werden. Beispielsweise kann der Fahrer gezielt gewarnt werden, eine gegebenenfalls vorhandene gesonderte Heizvorrichtung kann eingeschaltet werden oder, bei Vorhandensein einer automatisierten Dosiervorrichtung, Frostschutzkonzentrat automatisch zugefügt werden.
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Die Reinigungsflüssigkeit 2 kann bei verschiedenen Temperaturen unterschiedliche Viskositäten aufweisen. Insbesondere bei tiefen Temperaturen kann sich die Viskosität und somit der Widerstand beim Fördern der Reinigungsflüssigkeit erhöhen. Mit der Kenntnis der aktuellen Temperatur kann die Ansteuerung der Pumpe 3 optimiert werden. Beispielsweise kann diese bei verschiedenen Temperaturen mit jeweils unterschiedlicher Leistung oder Drehzahl betrieben werden, um den benötigten Volumenstrom zwecks eines konstanten Reinigungseffekts zu erreichen.
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Das Versorgungsmodul 1 verfügt über ein Gehäuse 10, welches durch eine Öffnung in der Wandung des Vorratsbehälters 4 in die Reinigungsflüssigkeit 2 in dem Innenraum 5 eingetaucht ist und einen Deckel 11, welcher im Einbauzustand an der Außenseite des Vorratsbehälters 4 verbleibt und die Öffnung in der Wandung des Vorratsbehälters 4 verschließt. Die Art des Verschlusses kann innerhalb der Erfindung unterschiedlich, bedarfsgerecht realisiert werden. Diese kann beispielsweise als eine Schraub-, Rast- oder Bajonettverbindung, jedoch auch als eine Schweiß- oder Klebeverbindung gestaltet sein.
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Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise aus Kunststoff in Spritzguss- oder einem anderen geeigneten Verfahren hergestellt, beispielsweise aus demselben oder vergleichbaren Werkstoff wie der Vorratsbehälter 4.
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Das Versorgungsmodul 1 verfügt über eine Nasskammer 12 und eine Trockenkammer 13, welche voneinander hydraulisch dicht getrennt sind. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Nasskammer 12 und die Trockenkammer 13 in dem Gehäuse 10 seitlich nebeneinander angeordnet und durch eine hydraulisch dichte Trennwand 15 voneinander getrennt.
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Die Nasskammer 12 ist derart aufgebaut, dass darin der gleiche Füllstand L vorliegt, wie im Innenraum 5. Hierfür weist die Nasskammer 12 in Bodennähe einen Durchbruch zum Innenraum 5 beziehungsweise eine hydraulische Verbindung 21 auf, wobei im oberen Bereich ein Belüftungskanal 22 durch den Deckel 11 einen Druckausgleich mit Atmosphäre ermöglicht und Bildung von Luftblasen in der Nasskammer 12 verhindert.
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In der Nasskammer 12 sind die Pumpe 3 und die Erfassungskomponenten der Sensoren angeordnet, sodass sowohl die Erfassungskomponenten der Sensoren als auch die Außenflächen der Pumpe 3 einen direkten Kontakt zur Reinigungsflüssigkeit 2 haben. Des Weiteren ist die Pumpe 3 möglichst weit unten beziehungsweise nah am Behälterboden sowie in unmittelbarer Nähe der hydraulischen Verbindung 21 zum Innenraum 5 positioniert. Die Höhe von dem Gehäuse 10 wird zu diesem Zweck derart dem jeweiligen Vorratsbehälter 4 angepasst, dass es möglichst tief bis zum Boden reicht und die hydraulische Verbindung 21 möglichst weit unten am Gehäuse 10 eingerichtet wird.
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Der direkte Flüssigkeitskontakt verbessert den Wärmeaustausch zwischen der Pumpe 3 und Reinigungsflüssigkeit 2. Die Pumpe 3 kann dadurch ihre Abwärme im Betrieb unmittelbar an die Reinigungsflüssigkeit 2 abgeben. Bei warmen Temperaturen und Dauerbetrieb hat dies den Vorteil einer effektiven Kühlung der Pumpe 3, bei Frost ohne gesonderte Heizvorrichtungen.
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Die bodennahe Lage der Pumpe 3 stellt sicher, dass zum einen der direkte Kontakt zur Reinigungsflüssigkeit 2 beim zunehmenden Verbrauch möglichst lange bestehen bleibt und zugleich der Bereich der Ansaugöffnung in der Nähe der Wärmequelle liegt.
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Darüber hinaus kann die Pumpe 3 aufgrund ihrer bodennahen Lage die Reinigungsflüssigkeit 2 unmittelbar direkt, unter Verzicht auf etwaige Ansaugleitungen, entnehmen. Druckverluste und Verstopfungsgefahr werden dadurch reduziert.
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Um das vorhandene Volumen des Vorratsbehälters 4 effektiver zu nutzten, ist darin eine Bodensenke 20 geformt, welche in Einbaulage die tiefste Stelle des Innenraums 5 bildet und wo sich die letzten Reste der Reinigungsflüssigkeit 2 bei einem exzessiven Verbrauch sammeln. Das Gehäuse 10 ist entsprechend so konzipiert, dass es mit seinem unteren Ende in die Bodensenke eintaucht, sodass auch die hydraulische Verbindung 21 sich darin befindet.
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In der hydraulisch isolierten Trockenkammer 13 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten 14 untergebracht, welche zum Betrieb der Pumpe 3 und Betrieb und/oder Auswertung der eingesetzten Sensoren S erforderlich sind. Die Komponenten 14 können beispielsweise auf einer Platine angeordnet werden, welche in der Trockenkammer befestigt ist. Erforderliche elektrische Verbindungsleitungen zu den Sensoren oder deren Komponenten in der Nasskammer 12 können vorteilhaft kurz gehalten werden. Hierbei können die einzelnen Leiter sowohl in die Trennwand 15 unmittelbar integriert werden, beispielsweise indem die Trennwand 15 über die bestehenden Leiter gespritzt wird oder unter Zuhilfenahme von gesonderten Dichtelementen hindurchgeführt werden.
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Zur Verbindung des Versorgungsmoduls 1 mit dem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs dient eine elektrische Schnittstelle 17. Diese ist bevorzugt als eine kombinierte mehrpolige Steckverbindung ausgeführt, welche alle erforderlichen Kontakte beinhaltet.
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Bevorzugt erfolgt auch die Befüllung des Vorratsbehälters 4 durch die Nasskammer 12 des Versorgungsmoduls 1 hindurch, wofür an den Deckel 11 eine entsprechende Einfüllschnittstelle 19 oder ein Füllstutzen vorgesehen ist. Hierdurch wird insbesondere beim separaten Einfüllen von Einzelkomponenten der Reinigungsflüssigkeit wie Wasser, Reinigungskonzentrat oder Frostschutzmittel, das Vermischen der einzelnen Bestandteile beschleunigt und einer unerwünschte Schichtbildung entgegengewirkt.
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Ein konventioneller, von dem Versorgungsmodul 1 unabhängiger Befüllanschluss unmittelbar am Behältergehäuse bleibt jedoch innerhalb der Erfindung ebenso zulässig.
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Zum Anschließen von hier nicht dargestellten hydraulischen Leitungen, welche zur hydraulischen Peripherie beziehungsweise Verbrauchern des Reinigungssystems führen, ist am Versorgungsmodul 1 ein Druckanschluss 18 vorgesehen, der mit der Druckseite der Pumpe 3 verbunden ist.
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Fig.2
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2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Versorgungsmoduls 1 mit einem runden Gehäuse 10. Ein solches rundes Gehäuse 10 kann beispielsweise besonders einfach mittels eines Bajonettverschlusses oder Schraubverschlusses mit dem Vorratsbehälter 4 verbunden und abgedichtet werden. Die Nasskammer 12 nimmt den größeren Teil von dem Gehäusequerschnitt ein. Eine lediglich symbolisch dargestellte Pumpe 3 ist in der Nasskammer 12 in der Nähe der hydraulischen Verbindung 21 positioniert. Mehrere Sensoren S'-S''' sind unmittelbar an der Trennwand 15 nebeneinander positioniert und bilden eine Art Sensorcluster. Eine Platine mit elektronischen Komponenten 14 ist den Sensoren gegenüberliegend in der Trockenkammer 13 ebenfalls an der Trennwand 15 angeordnet, sodass die erforderlichen Verbindungen zwischen den elektronischen Komponenten 14 und den Sensoren möglichst kurz realisierbar sind.
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Fig.3
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Versorgungsmoduls 1. Im Unterschied zu der Ausführung gemäß 1 nimmt die Nasskammer 12 das komplette Volumen von dem Gehäuse 10 ein, wogegen die Trockenkammer 13 außerhalb des Vorratsbehälter 4 an dem Deckel 11 angeordnet ist. Die beiden Kammern sind somit nicht nebeneinander, sondern übereinander positioniert. Eine derartige Anordnung bietet Vorteile hinsichtlich Isolierung der Trockenkammer 13, ist jedoch gegebenenfalls weniger optimal im Hinblick auf den benötigten Bauraum und die Verbindungslänge zwischen den einzelnen Sensoren und zugehörigen elektronischen Komponenten.
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Fig.4
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4 zeigt eine andere Ausführungsform des Versorgungsmoduls 1. Während die Nasskammer 12, wie auch bei der Ausführung gemäß 3, in dem Gehäuse 10 angeordnet ist, ist die Trockenkammer 13 in einem gesonderten, außerhalb sowie räumlich von dem Vorratsbehälters 4 entfernt angeordneten Gehäuse eingerichtet. Beide Komponenten sind über eine elektrische Leitung 16 miteinander verbunden. Eine derartige Konfiguration kann beispielsweise im Falle eines sehr geringen vorhandenen Bauraums oder bei einem sehr komplex geformten Vorratsbehälter erforderlich sein, wenn eine Zusammenfassung in einem einzigen Modulgehäuse nach Prinzip der Ausführungen gemäß 1 und 3 nicht möglich ist.
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Fig.5
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5 zeigt stark vereinfacht drei verschiedene Konfigurationen des Füllstandssensors 6, welcher als ein Ultraschallsensor ausgebildet ist. Andere Komponenten wie Pumpe 3 oder weitere Sensoren sind zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Der als Ultraschallsensor ausgebildete Füllstandssensor 6 funktioniert im Grunde wie jedes ultraschallbasiertes Entfernungsmessgerät. Er verfügt über eine Sende-Empfangseinheit 23 und hier zusätzlich über ein Messrohr 24, welcher Streuung und Reflexionen der Ultraschallwellen durch umliegende Komponenten verhindern soll. Das Messrohr 24 ist hydraulisch mit dem Innenraum 5 verbunden und weist den gleichen Füllstand L auf. Ultraschallwellen werden durch einen Sender in der Sende-Empfangseinheit 23 emittiert, von der Mediengrenze zwischen der Reinigungsflüssigkeit 2 und der Luft darüber reflektiert und mit einem Empfänger in der Sende-Empfangseinheit 23 erfasst. Aus der gemessenen Laufzeit wird bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Füllstand L errechnet.
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Bei der Ausführung gemäß Ansicht a) ist die Sende-Empfangseinheit 23 möglichst nah am Behälterboden sowie direkt unterhalb des Messrohrs 24 positioniert und in vertikale Richtung ausgerichtet. Durch die Trennwand 15 hindurch ist sie mit elektronischen Komponenten 14 in der Trockenkammer 13 verbunden. Die Ultraschallwellen werden entlang der Höhenachse ausgesandt.
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Bei der Ausführung gemäß Ansicht b) ist die Sende-Empfangseinheit 23 in der Trockenkammer 13, unmittelbar an der Platine mit den elektronischen Komponenten 14 angeordnet und in waagerechte Richtung ausgerichtet. Das Messrohr 24 ist um 90° geknickt und mit einer Reflexionsfläche 25 ausgestattet, womit die Ultraschallwellen in die Senkrechte in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche und nach der Reflexion zurück zu der Sende-Empfangseinheit 23 umgelenkt werden.
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Die Sensorkonfiguration gemäß Ansicht c) ist für die Ausführung des Versorgungsmoduls 1 gemäß 3 mit der oberhalb des Deckels 11 angeordneten Trockenkammer 13 angepasst. Die Sende-Empfangseinheit 23 ist unmittelbar an der Platine mit den elektronischen Komponenten 14 angeordnet und senkrecht nach unten ausgerichtet. Bei dieser Konfiguration muss die Entfernung bis zur Flüssigkeitsoberfläche durch die Luft gemessen werden. Dieses zwar weniger effektiv verglichen mit Messung in Flüssigkeit, Vorteile der effektiven Gesamtanordnung können jedoch bei bestimmten Umständen überwiegen.
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Fig.6
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6 zeigt zwei Ausführungsbeispiele des Füllstandssensors 6 mit einem beweglichen Positionsgeber 26. Der Positionsgeber 26 ist als ein klassischer Schwimmer, beispielsweise mit einem integrierten Magneten ausgebildet und schwimmt an der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit 2.
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Bei der Ausführung gemäß Ansicht a) ist der Positionsgeber 26 ringförmig ausgeführt und bewegt sich in der Nasskammer 12 auf einem senkrechten Führungsstab 27 in unmittelbarer Nähe der Trennwand 15. Unmittelbar hinter der Trennwand 15 in der Trockenkammer 13 befindet sich eine senkrechte Reihe von Sensierelementen 28, mit denen die jeweilige Position des Positionsgebers 26 registriert wird. Damit kann der Füllstand L, je nach Ausführung der Sensierelemente 28, stufenweise (beispielsweise mit Reed-Schaltern) oder kontinuierlich (beispielsweise mit Hall-Elementen) erfasst werden.
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Bei der Ausführung gemäß Ansicht b) ist der Positionsgeber 26 kugelförmig ausgebildet und schwimmt in einem senkrecht ausgerichteten Führungsrohr 29. Die Erfassung kann genauso erfolgen wie bei der Ausführung gemäß Ansicht a).
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Fig.7
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7 zeigt 2 weitere besonderes kompakte Ausführungen des Füllstandssensors 6 ohne aktive Elemente.
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Die Ausführung gemäß Ansicht a) ermöglicht eine kontinuierliche Füllstandsmessung und funktioniert resistorisch, beziehungsweise durch Widerstandsmessung an zwei Elektroden 30, 30', welche mit der Reinigungsflüssigkeit 2 unmittelbar kontaktieren. Eine kleine Referenzelektrode 31 ist in Bodennähe angeordnet und dient zur Kalibrierung und Plausibilitätsabgleich. Die Elektroden 30, 31 können sowohl als gesonderte Komponenten in der Nasskammer 12 ausgebildet sein, als auch unmittelbar in die Trennwand 15 integriert, beispielsweise durch Umspritzen.
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Die Ausführung gemäß Ansicht b) funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die Ausführung gemäß Ansicht a), ist jedoch für eine diskrete Messung von einzelnen definierten Füllständen konzipiert. Eine senkrechte Reihe von einzelnen übereinander angeordneten, zueinander beabstandeten Elektroden 30, ist in der Trennwand 15 integriert. Eine zusätzliche Referenzelektrode 31 ist in Bodennähe positioniert.
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Fig.8
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8 zeigt stark vereinfacht und lediglich beispielhaft ein Reinigungssystem 100 für ein autonom fahrendes Fahrzeug. Das dargestellte Fahrzeug enthält 4 Kameras für Rundumsicht und ein nach vorne gerichtetes LiDAR. Das Reinigungssystem 100 ist hiermit für die Reinigung der Frontscheibe, Scheinwerfern und allen vorgenannten Kameras und Sensoren eingerichtet. Hierfür sind im Fahrzeug mehrere Sprühdüsen für die Reinigungsflüssigkeit verteilt. Darüber hinaus umfasst das Reinigungssystem 100 pneumatische Blasdüsen. Diese werden beispielsweise zum schnellen Trocknen von Kameralinsen oder Sensoroberflächen verwendet und von einer gesonderten Druckluftquelle, beispielsweise einem Kompressor, versorgt. Alle Düsen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind für ein besonders schnelles Ansprechverhalten und effizienten Verbrauch mit vorgeschalteten elektrisch ansteuerbaren Schaltventilen ausgestattet. Hierdurch kann im System über eine längere Vorlaufzeit durch die Pumpe beziehungsweise Kompressor erforderlicher Grunddruck aufgebaut und aufrechterhalten werden. Die einzelnen Verbraucher bzw. Düsen werden durch die Schaltventile bedarfsgerecht aktiviert und sind dadurch jederzeit sofort einsatzbereit.
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Elektronische Komponenten 14 in der Trockenkammer 13 können innerhalb der Erfindung in der Zusammensetzung und Ausführungsart je nach Ausführung und Bedarf vielfältig realisiert werden. Neben Elementen, welche für die Funktionsfähigkeit der eingesetzten Sensoren S und Pumpe 3 erforderlich sind, kann beispielsweise auch eine programmierbare elektronische Steuereinheit implementiert werden. Eine solche elektronische Steuereinheit kann zu Steuerung aller Komponenten innerhalb des Reinigungssystems 100 unter Berücksichtigung von durch die Sensoren erfassten einzelnen Parametern der Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. So kann beispielsweise die Laufzeit und Leistung der Pumpe in Abhängigkeit von der Temperatur angepasst oder bestimmte Düsen bei einem niedrigen Flüssigkeitsstand stillgelegt werden usw. Mit anderen Worten, das Reinigungssystem 100 kann komplett oder in Teilen durch das Versorgungsmodul 1 gesteuert werden.
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Alternativ kann die Steuerung von sämtlichen oder einzelnen Komponenten des Reinigungssystems 100 ebenso durch eine andere Fahrzeugsteuereinheit übernommen werden, welche mit dem Versorgungsmodul 1 über elektrische Leitungen verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Versorgungsmodul
- 2
- Reinigungsflüssigkeit
- 3
- Pumpe
- 4
- Vorratsbehälter
- 5
- Innenraum
- 6
- Füllstandssensor
- 7
- Drucksensor
- 8
- Gefrierpunktsensor
- 9
- Temperatursensor
- 10
- Gehäuse
- 11
- Deckel
- 12
- Nasskammer
- 13
- Trockenkammer
- 14
- Elektronischen Komponenten
- 15
- Trennwand
- 16
- Elektrische Leitung
- 17
- Elektrische Schnittstelle
- 18
- Druckanschluss
- 19
- Einfüllschnittstelle
- 20
- Bodensenke
- 21
- Hydraulische Verbindung
- 22
- Belüftungskanal
- 23
- Sende-Empfangseinheit
- 24
- Messrohr
- 25
- Reflektionsfläche
- 26
- Positionsgeber
- 27
- Führungsstab
- 28
- Sensierelement
- 29
- Führungsrohr
- 30
- Elektrode
- 31
- Referenzelektrode
- 32
- Reinigungsdüse
- 33
- Luftdüse
- 34
- Schaltventil
- 35
- Druckluftquelle
- 36
- Fahrzeugsteuereinheit
- 100
- Reinigungssystem
- L
- Füllstand
- S
- Sensor