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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine
beheizbare Düse
zur Scheibenreinigung mit einem temperaturabhängigen Heizwiderstand, der
zur temperaturabhängigen
Beheizung mit einer Spannung beaufschlagbar ist.
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In
Kraftfahrzeugen sind Düsen
bekannt, mit denen zum Zweck der Scheibenreinigung Wasser und/oder
eine Scheibenreinigungsflüssigkeit
auf Scheiben des Kraftfahrzeugs gesprüht werden kann, so dass in
Verbindung mit einer Wischanlage die Sichtverhältnisse für den Fahrer verbessert werden können. Dabei
tritt allerdings das Problem auf, dass an kalten Tagen Flüssigkeiten
in den Düsen
gefrieren kann, so dass diese nicht benutzbar wären.
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Als
Lösung
für dieses
Problem sind Düsen bekannt,
die mit einem temperaturabhängigen
Heizwiderstand versehen werden. Bei hohen Temperaturen, bei denen
keine Einfrierungen vorkommen können,
sperrt der Widerstand jeglichen Stromfluss, so dass keine Heizwirkung
entsteht. Wird es kälter, öffnet der
Widerstand je nach Kältegrad,
so dass der durch ihn fließende
Strom eine Heizwirkung auslöst, die
etwaige Einfrierungen beseitigt oder gar verhindert. Dazu ist vorgesehen,
dass die Düse
und somit der Heizwiderstand ständig
insbesondere über
die Batterie des Kraftfahrzeuges spannungsbeaufschlagt ist, da ja
bei hohen Temperaturen ohnehin kein überflüssiger Stromfluss zu erwarten
ist. Der Heizwiderstand, welcher insbesondere ein PTC-Widerstand
sein kann, regelt also den Heizstrom.
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Die
bekannte Ausgestaltung bringt jedoch Nachteile mit sich, wenn es
um die Fehlerentdeckung und/oder -lockalisierung geht. Denn durch
die Eigenregelung über
den Heizwiderstand ist für
ein angeschlossenes Steuergerät,
das die Spannungsversorgung für
die Heizung schaltet und damit den Strom be reitstellt, der tatsächliche
Sollstromfluss unbekannt, da die Temperatur der Düsen nicht
bekannt ist. Eine Abhängigkeit
des Zustandes der Temperatur der Düse von der Außentemperatur
ist nicht immer gegeben. So kann beispielsweise bei tiefen Frosttemperaturen
die Düse
durch die Heizung soweit erwärmt
sein, dass Außentemperatur
und Düsentemperatur
weit auseinanderliegen.
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Bei
normalen Raumtemperaturen, also beispielsweise im Bereich von 10°–40°, wird keinerlei Heizleistung
benötigt,
so dass die Düsen
aufgrund des entsprechend ausgestalteten Heizwiderstands praktisch
keinen Stromfluss zulassen. Entsprechend kann ein Steuergerät auch nicht
detektieren, ob ein Fehler an der Düse vorliegt. Eine derartige
Funktionalität
wäre jedoch
wünschenswert,
da im Falle der Fahrzeugherstellung eine nicht gesteckte Verkabelung
angezeigt werden könnte
oder auch im Fahrzeugleben ein Fehler, beispielsweise durch eine
abgerissene Leitung, angezeigt werden kann. Häufig wird eine solche Fehlfunktion
erst viel später
bemerkt, wenn beispielsweise eine Zuleitung im Sommer abreißt, aber
erst bei Frost, wenn also die Funktionalität der Düse sichergestellt sein muss,
der Fehler auffällt.
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Eine
Diagnose kann aktuell nur durch eine direkte Funktionsprüfung durchgeführt werden.
Das bedeutet, dass die Düse
vereist werden und dann der Auftaueffekt in einer ausreichend kalten
Umgebung beobachtet werden muss. In einer warmen Umgebung kann nicht
unterschieden werden, ob der Auftaueffekt von der Heizung oder der
Umgebungstemperatur herrührt.
Dieser Aufwand ist sehr hoch und nicht praktikabel.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben,
in dem auf eine einfache Art eine Diagnose der wenigstens einen
beheizbaren Düse
zur Scheibenreinigung durchgeführt
werden kann.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Spannungsbeaufschlagung über ein Steuergerät mit einem
Stromsensor erfolgt, und dass dem Heizwiderstand ein weiterer, nicht
temperaturabhängiger
Widerstand derart parallel geschaltet ist und/oder der Heizwiderstand bezüglich der
Temperaturabhängigkeit
so ausgebildet ist, dass bei Temperaturen wenigstens bis zu 20°, insbesondere
bis 30° oder
40°, über den
Stromsensor ein Stromfluss durch die Düse messbar ist.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Idee ist es also, die Funktionsfähigkeit
der Düse
auch bei hohen Temperaturen, bevorzugt jedenfalls im Bereich von
10°–40°, anhand
des Nachweises eines Stromflusses durch die Düse überprüfen zu können. Dazu wird die Spannung
nicht mehr unmittelbar über
das Bordnetz zur Verfügung
gestellt, sondern über
ein Steuergerät
mit einem Stromsensor realisiert. Das Steuergerät stellt eine feste Spannung
für die
Düse zur
Verfügung,
beispielsweise 12 V, und misst gleichzeitig, ob ein Stromfluss existiert.
Dies geschieht über den
Stromsensor. Nachdem nun auch bei Temperaturen bis wenigstens 20° ein Stromfluss
möglich
ist, der durch den Stromsensor nachgewiesen werden kann, kann beispielsweise
auch bei der Fahrzeugherstellung oder in einer Werkstatt gleich überprüft werden,
ob die Düse
ordnungsgemäß funktioniert oder
vielleicht eine fehlende Verkabelung oder ein Leitungsschaden vorliegt.
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Um
diesen Stromfluss auch bei erhöhten Temperaturen
zur ermöglichen,
sind erfindungsgemäß zwei Alternativen
gegeben. Zum einen kann in bevorzugter Weise die Charakteristik
des temperaturabhängigen
Heizwiderstands selber entsprechend angepasst werden, so dass auch
bei üblichen
Raumtemperaturen ein Stromfluss ermöglicht werden kann. Auf diese
Weise muss letztlich lediglich ein temperaturabhängiger Widerstand mit einer
anderen Kennlinie verwendet werden, um den vorteilhaften Effekt
der Erfindung zu erzielen. Eine andere Möglichkeit sieht vor, einen
weiteren Widerstand in Parallelschaltung zum Heizwiderstand zu verwenden,
der nicht temperaturabhängig
ist, also einen gewissen Grundstromfluss jederzeit garantieren kann.
Allerdings wird bei dieser Variante ein weiteres Bauteil benötigt. Auf
diese Weise kann also auch bei hohen Temperaturen, insbesondere
bis zu 40°,
noch eine Diagnose durchgeführt
werden. So kann das Steuergerät
beispielsweise ausgebildet sein, bei keinem durch den Stromsensor
gemesse nen Strom eine Warnung zu erzeugen und/oder einen Eintrag
in einen Fehlerspeicher zu erzeugen.
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Auf
diese Weise ist eine Diagnose der beheizten Düsen ohne erheblichen Schaltungsaufwand in
der Düse
selber möglich.
Ausfälle
bei der Fahrzeugherstellung oder im Fahrzeugbetrieb können rechtzeitig
erkannt werden.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
kann über
das Steuergerät ein
gepulster Spannungsverlauf, insbesondere umfassend zeitlich äquidistante
Rechteckpulse, zur Verfügung
gestellt werden. Dieser Ausgestaltung liegt die Idee zugrunde, im
Vergleich zu herkömmlichen Düsen keine
zusätzliche
Leistung zu verbrauchen. Nachdem auch bei herkömmlichen Düsen bei hohen Temperaturen
ein sehr kleiner, aber nicht detektierbarer Strom durch den Heizwiderstand
fließt,
also ein über
die gesamte Zeit konstanter Stromfluss, kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass die Pulsdauer und/oder die Pause zwischen den einzelnen Pulsen
so gewählt
wird, dass resultierend die Energie im Vergleich zu einer herkömmlichen
Düse gleich bleibt.
Reduziert man also die Zeitdauer des Stromflusses in demselben Maße wie der
Stromfluss zur Ermöglichung
der Diagnose erhöht
wurde, so bleibt letztendlich die Energie gleich, d. h., bei normalen Temperaturen
wird nicht geheizt und die Belastung (Stromentnahme aus dem Bordnetz)
bleibt ebenso gleich. Diese Reduzierung der Zeit wird nun erfindungsgemäß durch
eine getaktete Ansteuerung der Düse über das
Steuergerät
in Form des gepulsten Spannungsverlaufs realisiert, wobei die Taktung selbst
durch das Steuergerät
vorgegeben wird. Mit besonderem Vorteil kann also vorgesehen sein,
dass bei niedrigen Temperaturen, insbesondere Temperaturen unterhalb
des Gefrierpunkts, eine Eisfreiheit der Düse sichergestellt ist, und
bei Temperaturen deutlich oberhalb des Gefrierpunkts, insbesondere im
Bereich von 10° bis
wenigstens 20°,
insbesondere 30° oder
40°, bei
vernachlässigbarer
Leistung dennoch ein Stromfluss durch den Stromsensor messbar ist.
Wie erwähnt
ist mit besonderem Vorteil der vom Steuergerät vorgegebene Spannungsverlauf
so getaktet, dass die resultierende Heizenergie im Vergleich zu
einer Düse
des Standes der Technik gleich bleibt.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Pulsdauer und/oder die
Pause zwischen den einzelnen Pulsen insbesondere in Abhängigkeit
von der Außentemperatur
durch das Steuergerät
variierbar ist. Zwar mag die Außentemperatur
kein absolutes Maß für die Temperatur
der Düse
selber darstellen, jedoch ist sie wenigstens geeignet, einen groben Richtpunkt
zu geben, ob vernünftigerweise
eine zur Abtauung geeignete Heizleistung erforderlich ist. Entsprechend
kann vorgesehen sein, dass bei hohen Temperaturen, bei denen eine
Eisfreiheit der Düse praktisch
als sichergestellt anzunehmen ist, nur sehr selten ein zur Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
geeigneter Spannungspuls auf die Düse gegeben wird, um zu überprüfen, ob
ein Stromfluss durch den Stromsensor detektierbar, also die Düse funktionsfähig ist.
Es ist jedoch auch grundsätzlich
denkbar, die Heizleistung abhängig
von der Außentemperatur und/oder
anderen Parametern zu verstärken
oder zu schwächen.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass
mehrere Düsen
vorgesehen sind, die parallel spannungsbeaufschlagt werden, und
dass das Steuergerät
zur Ermittlung der Zahl der effektiv bestromten Düsen anhand
des von dem Stromsensor gemessen Stroms ausgebildet ist. Setzt man
den Strom hoch genug an, so kann der Stromsensor auch quantifiziert
den durch die mehreren Düsen
fließenden
Strom bestimmen und somit urteilen, ob ein Stromfluss durch alle
Düsen gegeben
ist. Lässt
beispielsweise der Heizwiderstand oder die Kombination aus Heizwiderstand
und weiterem Widerstand einen Stromfluss von 5 μA durch eine Düse bei 20° zu, so kann,
abhängig
von dem durch den Stromsensor gemessenen Stromfluss beurteilt werden,
ob beide Düsen
funktionsfähig
sind, nur eine der Düsen
funktionsfähig
ist oder gar keine der Düsen funktionsfähig ist.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 die
Kennlinie des Heizwiderstands aus 1 im Vergleich
zu einer Kennlinie einer beheizbaren Düse im Stand der Technik, und
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
in einer Prinzipskizze.
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1 zeigt
in einer Prinzipskizze die für
die vorliegende Erfindung relevanten Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1.
Es umfasst beheizbare Düsen 2 zur
Scheibenreinigung. In jeder der Düsen 2 ist zur Selbstregelung
der Heizleistung abhängig
von der Temperatur der Düse 2 ein Heizwiderstand 3 vorgesehen,
vorliegend ein PTC-Widerstand aus einem Kaltleiter (PTC = positiv temperature
coefficient).
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Ferner
umfasst das Kraftfahrzeug 1 ein Steuergerät 4,
in dem neben einem Mikrocontroller 5 auch ein Stromsensor 6 vorgesehen
ist. Das Steuergerät 4 beaufschlagt
die Düsen 2 über Anschlüsse 7 nach Maßgabe eines
bei 8 beispielhaft dargestellten gepulsten Spannungsverlaufs.
Die beiden Düsen 2 sind dabei
ersichtlich parallel zueinander verschaltet.
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Die
Kennlinie des Heizwiderstands 3 ist nun so ausgebildet,
dass auch bei Temperaturen im Bereich von 10°–40°, also üblichen Raumtemperaturen, bei
Beaufschlagung mit dem Spannungsverlauf 8 noch ein Strom
durch sie hindurchfließt,
der durch den Stromsensor 6 gemessen werden kann. Das bedeutet,
dass auch bei hohen Temperaturen, bei denen herkömmliche Düsen 2 nicht mehr beheizt
sind, noch festgestellt werden kann, ob ein Stromfluss vorliegt
oder ob es ein Problem beispielsweise mit den Zuleitungen 9 oder
den Anschlüssen 7 gibt
oder gar ein innerer Defekt der Düsen 2 vorliegt.
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Die
Kennlinie des Heizwiderstands 3 ist durch 2 schematisch
dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse die Temperatur T aufgetragen,
auf der Ordinate der Widerstand R in beliebigen Einheiten. Wie der
Kennlinie 10 des Heizwiderstands 3 zu entnehmen
ist, erfolgt ein starker Anstieg des Widerstands R erst bei Temperaturen
oberhalb von 40°,
so dass sichergestellt ist, dass in allen anderen Bereichen ein
durch den Stromsensor 6 messbarer Strom vorliegt. Zum Vergleich
ist eine Kennlinie 11 gezeigt, die bereits bei Temperaturen
knapp oberhalb des Gefrierpunkts einen starken Anstieg des Widerstands aufweist,
so dass hier bei üblichen
Raumtemperaturen keinerlei Strommessung durch den Stromsensor 6 mehr
erfolgen könnte.
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Dabei
ist natürlich – was durch 2 nicht näher dargestellt
ist – im
Bereich um und unterhalb des Gefrierpunkts ein Verlauf des Widerstands
gewählt,
der die benötigten
Heizleistungen möglichst exakt
wiedergibt.
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Wie
bereits mit Bezug auf 1 erwähnt, werden die Düsen 2 nicht
wie bekannt mit einer konstanten Spannung beaufschlagt, sondern
gemäß eines
Spannungsverlaufes 8. Wie in 1 dargestellt, handelt
es sich dabei um eine gepulste Rechteckspannung mit einer gewissen
Pulsdauer und einer Pause zwischen den einzelnen Pulsen. Es erfolgt also
letztlich eine getaktete Spannungsbeaufschlagung der Düsen 2.
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Diese
bietet den Vorteil, dass die Heizleistung im Vergleich zu herkömmlichen
Düsen 2 im
Wesentlichen gleich gehalten werden kann. Denn auch bei hohen Temperaturen
fließt
in herkömmlichen Kraftfahrzeugen
ein gewisser Strom durch die Heizwiderstände, die beispielsweise eine
Kennlinie 11 aufweisen. Jedoch ist dieser konstant vorliegende Strom
zu gering, um durch einen Stromsensor 6 erfasst werden
zu können.
Dabei wird bei 10°–40° praktisch
keine Heizenergie aufgebracht. Derselbe Zustand kann jedoch erreicht
werden, wenn zwar aufgrund der veränderten Kennlinie 10 der
Stromfluss erhöht
ist, gleichzeitig aber die Zeitdauer des Stromflusses entsprechend
reduziert ist. Dies wird durch den gepulsten Spannungsverlauf 8 erreicht.
Dieser ist dementsprechend so zu wählen, dass bei niedrigen Temperaturen
eine Eisfreiheit der Düse
sichergestellt ist, also auch dort noch die benötigte Heizleistung erbracht
wird, und bei Temperaturen deutlich oberhalb des Gefrierpunkts,
insbesondere im genannten Bereich zwischen 10° und 40°, bei vernachlässigbarer
Heizleistung dennoch ein Stromfluss durch den Stromsensor 6 messbar
ist.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Pulsdauer und auch die
Pause zwischen den einzelnen Pulsen beim Spannungsverlauf 8 auch
durch weitere Parameter gesteuert werden kann. Beispielhaft ist
in 1 ein Außenthermometer 12 angedeutet,
welches seine Daten ebenso dem Steuergerät 4 zur Verfügung stellt.
Der Microcontroller 5 kann somit optional ausgebildet sein,
den Spannungsverlauf 8 gemäß der Außentemperatur anzupassen.
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Das
Messergebnis des Stromsensors 6 wird, wie durch den Pfeil 13 angedeutet,
quantitativ dem Microcontroller 5 übermittelt. Da die Düsen 2 parallel geschaltet
sind, ist es möglich,
anhand der Höhe
des gemessenen Stroms zu entscheiden, ob ein Strom durch beide Düsen 2,
nur eine Düse 2 oder
keine Düse 2 fließt. Wird
festgestellt, dass durch wenigstens eine Düse 2 kein Stromfluss
vorliegt, so kann das Steuergerät 4 eine
Warnung erzeugen, die beispielsweise innerhalb des Kraftfahrzeugs 1 ausgebbar
ist, oder einen Eintrag in einen Fehlerspeicher 14 vornehmen,
der bei der nächsten
Wartung ausgelesen wird.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Steuergerät 4 selbstverständlich auch
zur Steuerung weiterer Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet
sein kann.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt,
wobei in dem Kraftfahrzeug 1' zur
Vereinfachung der Lesbarkeit gleiche Komponenten mit dem gleichen
Bezugszeichen versehen sind. Auch das Kraftfahrzeug 1' umfasst ein
Steuergerät 4 mit
einem Microcontroller 5 und einem Stromsensor 6,
welcher entsprechend Düsen 2 mit
einem Heizwiderstand 3 mit Strom beaufschlagen kann. Obwohl
in 3 nur eine Düse 2 dargestellt
ist, können
selbstverständlich
auch hier mehrere Düsen
parallel geschaltet werden.
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Im
Unterschied zum Kraftfahrzeug 1 ist bei dem Kraftfahrzeug 1' jedoch ein
Heizwiderstand mit einer üblichen
Kennlinie 11 weiterhin vorgesehen, aber diesem ist ein
temperaturunabhängiger
weiterer Widerstand 15 parallel geschaltet. Das bedeutet, dass
ein gewisser Grundstrom, der durch den Stromsensor 6 messbar
ist, immer durch die Düse 2 strömen kann.
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Die übrige Funktionalität ist dieselbe
wie bezüglich
der 1 bereits dargestellt, so dass diese hier nicht
nochmals beschrieben werden muss.