DE102012005109A1

DE102012005109A1 - Oberflächenreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012005109A1
Application number: DE201210005109
Authority: DE
Inventors: Tom Junker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft Oberflächenreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen auf einer Oberflächenseite eines Basiskörper, wobei an einer Seite des Basiskörpers eine Vibrationsschicht angebracht ist, die mit einer vorbestimmten Erregerfrequenz vibrierbar ist.

Description

Die folgende Erfindung betrifft eine Oberflächenreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen auf einer Oberfläche eines Basiskörpers, wie beispielsweise von Fensterscheiben, an denen Flüssigkeitstropfen in liquider und/oder eisförmiger Form sowie Schmutzpartikel anhaften können.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, dass insbesondere an Windschutzscheiben von Fahrzeugen zum Beseitigen von anhaftenden Regentropfen in flüssigen oder eisförmigen Zustand Scheibenwischer eingesetzt werden, um den an der Oberfläche der Windschutzscheibe befindlichen Niederschlag zu beseitigen. Diese Losung ist jedoch nicht bei Rückspiegeln und Seitenscheiben des Fahrzeuges praktikabel. Um den an den Seitenscheibenoberflächen bzw. Rückspiegelflächen anhaftenden Niederschlag zu beseitigen, bleibt einem Nutzer nur die Möglichkeit, diesen Niederschlag manuell mittels eines Tuches oder Schwammes oder durch Einwirken des Fahrwindes zu entfernen.
Es sind aus dem allgemeinen Stand der Technik technische Lösungen bekannt, bei denen geeignete Oberflächen des Rückspiegels beheizbar sind, um das an der Rückspiegeloberfläche anhaftende Wasser zu verdunsten. Auch ist bekannt, dass durch ein entsprechendes Vibrieren der kompletten Scheibe das Wasser abgeschüttelt werden soll. Hierzu schlägt der Stand der Technik Unwuchtmotoren vor, die an einer Rückspiegelfläche angekoppelt sind, um die an der Rückspiegeloberfläche anhaftenden Regentropfen abzuschütteln.
DE 10 2004 002 986 A1 beschreibt einen Kfz-Spiegel-Tropfenentferner, bei dem an einem Spiegelglas des Rückspiegels anhaftende Wassertropfen durch einen exzentrisch laufenden Rotor eines geeigneten Motors abgeschüttelt werden sollen. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass in dem Rückspiegel ein entsprechender Einbauraum für den Motor bereitgestellt werden muss. Ferner kann der Motor Rüttelgeräusche erzeugen, die für einen Nutzer des Fahrzeugs störend sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Oberflächenreinigungsvorrichtung vorzusehen, die ein sauberes und dennoch störungsfreies Beseitigen von Ablagerungen an einer Oberflächenseite eines Basiskörpers erlaubt.
Diese Aufgabe wird mittels der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Nach einem Aspekt der Erfindung weist die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen an einer Oberflächenseite eines Basiskörper an einer der Oberflächenseite des Basiskörpers eine Vibrationsschicht auf, die mit einer vorbestimmten Erregerfrequenz vibrierbar ist. Dies hat den Vorteil, dass zum Reinigen einer Oberfläche keine sichtbehindernden Element oder die ästhetische Wirkung beeinträchtigenden Elemente, wie Scheibenwischer, vorgesehen werden müssen. Ferner ist auch kein zusätzlicher Bauraum zum Unterbringen der Scheibenwischer-Vorrichtung erforderlich, wodurch die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung auch an Fenstern oder Fassaden vorgesehen sein kann, an denen üblicherweise keine Scheibenwischer anbringbar sind.
Bei dem Basiskörper kann es sich um Verbundglasscheiben, Windschutzscheiben, Seitenscheiben und Spiegelscheiben handeln, wie sie bei Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen zum Einsatz kommen. Es liegt aber auch im Bereich der Erfindung, dass die Vibrationsschicht an anderen Oberflächen eines Fahrzeuges angewendet wird, die regelmäßig verschmutzen können. So kann die Vibrationsschicht auch an der Oberfläche von Fahrzeugkarosserieteilen nahe den Radkästen vorgesehen sein. Außerdem kann die Vibrationsschicht an Oberflächen von Bauwerken, wie Fensterscheiben von hohen Bauwerken, wie Hochhäusern oder Funktürmen angebracht werden. Insbesondere bei Wolkenkratzern ist das Reinigen der Fensterscheiben mit Gefahren verbunden. Das Anbringen der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung vereinfacht das Reinigen der Fensterscheiben erheblich und erhöht die Arbeitssicherheit, da Personal nur bei Wartungsarbeiten der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung, nicht aber zum Reinigen der Fensterscheiben das Hochhaus verlassen muss. Ferner kann die Oberflächenreinigungsvorrichtung auch an Sichtschutzscheiben, beispielsweise von Werkzeugmaschinen, vorgesehen sein, um die Sichtschutzscheiben von Kühl- und/oder Schmierstoffen zu reinigen.
Bei den Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen kann es sich um Flüssigkeitstropfen in flüssiger oder eisförmiger Form bzw. um Schmutzpartikel handeln.
Nach einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung entspricht die vorbestimmte Erregerfrequenz der Eigenfrequenz der Vibrationsschicht. Dies hat den Vorteil, dass ein Resonanzeffekt das Vibrieren der Vibrationsschicht verstärkt, was den Reinigungseffekt erhöht.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung erfolgt die Erregung der Vibrationsschicht mittels einer elektrischen Stromquelle. Dies hat den Vorteil, dass zum Vibrieren der Vibrationsschicht keine aufwendigen mechanischen Betätigungselemente zum Erzeugen der Vibration erforderlich sind Nach einer zusätzlichen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung weist die Vibrationsschicht eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine elektroaktive Polymerschicht aufweist, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die erste Elektrode oder die zweite Elektrode mit der Stromquelle und die zweite Elektrode bzw. erste Elektrode mit einer Erdung elektrisch koppelbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Vibrationsschicht mit besonders kleinen Abmessungen ausgebildet werden kann. Außerdem kann die Vibrationsschicht auch an Bereichen vorgesehen sein, die augrund ihrer Abmessungen nur manuell gereinigt werden können, wie beispielsweise die Spiegelflächen von Rückspiegeln von Kraftfahrzeugen. Ein Vorteil hierbei ist, dass eine mit der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung versehene Oberfläche, insbesondere einer Fensterscheibe, nicht mit einem Scheibenwischer ausgestattet werden muss, der einen entsprechenden Mechanismus und entsprechenden Einbauraum erfordert.
Somit können auch Oberflächen gereinigt werden, die aufgrund ihrer Größe oder Versenkbarkeit ansonsten nur manuell gereinigt werden können, wie beispielsweise das Spiegelglas eines Rückspiegels oder die versenkbaren Seitenfenster eines Kraftfahrzeuges. Durch das Reinigen entsprechender Oberflächenschichten kann auch vorteilhafterweise eine größere Sicherheit bereitgestellt werden, wobei insbesondere bei Kraftfahrzeugen durch entsprechende Sensoren festgestellt werden kann, ob an relevanten Sichtscheiben und/oder Spiegelflächen sichtbehindernde Ablagerungen anhaften und fallweise die Vibrationsschicht vibriert wird, bis diese Ablagerungen beseitigt sind. Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung die Sicht des Fahrers nicht durch einen Schwenkarm behindert, wie es der Fall bei Scheibenwischern sein kann. Somit kann die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung auch an Windschutzscheiben eingesetzt werden, wodurch eine größere Sicherheit bereitgestellt werden kann.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung beaufschlagt eine Steuerungsvorrichtung eine der Elektroden mit einer vorbestimmten Frequenz mit einem elektrischen Strom, so dass die Vibrationsschicht mit der vorbestimmten Erregerfrequenz vibrierbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die gesteuerte Reinigung der Oberflächen der Basiskörper, insbesondere nach einem in der Steuerungsvorrichtung gespeicherten Programm, möglich ist.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung weisen die elektroaktive Polymerschicht und/oder die erste und die zweite Elektrode ein organische und/oder anorganisches, dielektrisch elektroaktive Polymere, ionische Polymergel, ferroelektrisches Polymer, organisch leitfähiges Polymer und/oder eine transparente Folien auf Acrylbasis auf.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung ist die Vibrationsschicht mittels einer elastischen Substratschicht an der Oberflächenseite der Basisschicht angebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Vibrationsbewegungen der Vibrationsschicht nicht auf den Basiskörper übertragen werden. Die elastische Substratschicht dient auch als Haltemittel zwischen der Basisschicht und der Vibrationsschicht. Die Substratschicht soll insbesondere deshalb eine gewisse Elastizität aufweisen, da die Vibrationsbewegungen der Vibrationsschicht sich aufgrund des Aufbaus der Vibrationsschicht nicht nur in Oberflächenrichtung des Basiskörpers erstreckt, sondern auch senkrecht zu der Oberfläche des Basiskörpers, so dass die elastische Substratschicht notwendigerweise diese Bewegungen der Vibrationsschicht abfangen und optimalerweise nicht auf den Basiskörper weiter überträgt.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung ist auf einer Seite des Basiskörpers oder der Seite der Vibrationsschicht eine Schutzschicht angebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass diese Seite besser vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
Nach einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung ist weist die Schutzschicht einen hohen Verschleißwiderstand, Antireflektionseigenschaften und/oder eine geringe Benetzbarkeit ihrer Oberfläche auf. Unter geringer Benetzbarkeit ist eine adhäsionsminderende Wirkung der Oberfläche der Schutzschicht zu verstehen, die das das Anhaften von Flüssigkeitstropfen an sicherheitsrelevanten Scheiben verhindert kann und die Oberflächenreinigungsvorrichtung nur bei besonders schweren Verunreinigungen eingesetzt werden braucht.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung sind/ist die elektroaktive Polymerschicht, die Substratschicht und/oder die Schutzschicht transparent und/oder transluzent sind/ist. Dies hat den Vorteil, dass keine Sichtbehinderung und/oder ästhetischen Einschränkung durch die jeweiligen Schichten bewirkt wird und die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung auch an Sichtscheiben verwendbar ist. Es liegt auch im Bereich der Erfindung, dass die Vibrationsschicht streifen- oder gitterfömig auf dem Basiskörper angebracht ist und Sichtbereiche freilässt, so dass eine ausreichende Durchsichtsfläche oder Reflektionsfläche freigelassen ist.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung sind die Elektroden transparent oder weisen Abmessungen auf, die nicht sichtbehindernd sind. Dies hat den Vorteil, dass Elektroden auch an Sichtfenstern einsetzbar sind.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung ist die Vibrationsschicht auf der Seite des Basiskörpers angeordnet ist, die den Umweltbedingungen zugewandt ist. Dies hat den Vorteil, dass nicht der ganze Basiskörper zum Reinigen seiner Oberfläche vibriert werden muss, sondern nur die Vibrationsschicht.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung ist die Vibrationsschicht auf der Seite des Basiskörpers angeordnet ist, die der Seite abgewandt ist, die den Umweltbedingungen ausgesetzt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Basiskörper die Vibrationsschicht schützt, und die Vibrationsschicht nicht transparent oder transluzent ausgebildet werden muss.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung ist der Basiskörper eine Sichtscheibe von Fahrzeugen, Gebäuden oder Werkzeugmaschinen oder ein Außenfassadenabschnitt eines Bauwerkes.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten, wie „links”, „rechts”, „oben” und „unten”, beziehen sich dabei auf eine Ausrichtung der Figuren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Die in den 1, 2 und 3 schematisch dargestellten Schichtfolgen sind zum besseren Verständnis überhöht dargestellt und können in ihrer jeweiligen Ausführungsform andere Abmessungen aufweisen.
Es zeigen:
1 In der Schnittansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Flüssigkeitstropfen auf einer Oberfläche eines Basiskörpers,
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung,
3 eine perspektivische Teilansicht eines Fahrzeugs mit einem Rückspiegel, der die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung aufweist,
4 eine Schnittansicht gemäß Schnittführung A-A aus 3 des Rückspiegels aus 3,
5 eine schematische Schnittansicht des Aufbaus der Vibrationsschicht der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung, wobei diese ohne den Basiskörper dargestellt ist,
5a die in 5 gezeigt erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung in einem aktivierten Zustand und in einer möglichen Ausrichtung, wie sie beispielsweise in einem Fahrzeug anzutreffen wäre,
5b eine Detailansicht in vergrößertem Maßstab der Vibrationsschicht aus 5a im aktivierten Zustand,
6 eine detaillierte Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung, wie sie beispielsweise bei Verbundglasscheiben anwendbar sind,
7 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung, wie sie beispielsweise bei Rückspiegeln, insbesondere Rückspiegel von Kraftfahrzeugen anwendbar ist, und
8 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung, wobei die Vibrationsschicht auf der Seite des Basiskörpers angebracht ist, die der zu reinigenden Oberfläche abgewandt ist.
Es wird Bezug genommen auf 1.
1 zeigt in einer Querschnittsansicht eine erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1, die einen Basiskörper 10 aufweist, an dem mittels einer Substratschicht 20 eine Vibrationsschicht 30 angebracht ist. Die Vibrationsschicht 30 ist bevorzugt auf der Seite des Basiskörpers 10 angebracht, die der Seite zugewandt ist, die üblicherweise von Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen betroffen ist. Die Vibrationsschicht 30 kann aber auch an der Seite des Basiskörpers 10 angebracht sein, die von der Seite abgewandt ist, die üblicherweise von Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen betroffen ist
Bei dem Basiskörper 10 handelt es sich bevorzugt um eine Sichtscheibe, wie eine Windschutzscheibe, Seitenscheibe und/oder Scheibe eines Rückspiegels eines Fahrzeugs. Es liegt im Bereich der Erfindung, dass der Basiskörper auch eine Sichtscheibe von einer Kühl- oder Schmierstoffvorrichtung sein kann. Bei dem Basiskörper 10 kann es sich auch um eine Fensterscheibe handeln, die in einem Gebäudekörper bzw. einer Gebäudewand angeordnet ist, an der die Vibrationsschicht 30 angebracht ist, um entsprechende Ablagerungen an der Gebäudeseitenoberfläche durch Vibrieren abzuschütteln. Ferner kann der Basiskörper 10 auch ein Teil der Karosserie eines Kraftfahrzeuges oder tragender Teile eine Gebäudes oder dessen Außenfassade sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Basiskörper 10 jedoch um eine Scheibe, wie sie bei Verbundglasscheiben, Windschutzscheiben, Sichtscheiben und Fensterscheiben von Fahrzeugen verwendet wird. Die Sichtscheibe bzw. Fensterscheibe ist dann eine Glasscheibe, an der die erfindungsgemäße Vibrationsschicht 30 angebracht ist, um an der Sichtscheibe anhaftende Flüssigkeitstropfen zu beseitigen, in dem die Vibrationsschicht 30 mit einer vorbestimmten Erregerfrequenz erregt wird.
An dem Basiskörper 10, die eine Sichtscheibe, Windschutzscheibe, Fensterscheibe, Spiegelscheibe eines Fahrzeugs bzw. eines Gebäudes sein kann, ist mittels einer elastischen Substratschicht 20 die Vibrationsschicht 30 angebracht. Bei der Substratschicht 20 handelt es sich bevorzugt um ein Klebemittel, das eine dauerhafte Verbindung zwischen einer Oberfläche 11 des Basiskörpers 10 mit einer gegenüberliegenden Oberfläche 31 der Vibrationsschicht 30 erlaubt. Bevorzugt ist das Klebemittel im ausgehärteten Zustand elastisch, so dass die mittels der Vibrationsschicht erzeugbaren Vibrationen und Schwingungen nicht auf den Basiskörper 10 übertragen werden. Die Substratschicht 20 kann auch eine Dämpfungsschicht aufweisen, die zur Dämpfung der von der Vibrationsschicht 30 erzeugten Schwingungen und Vibrationen geeignet ist. Die Befestigung der jeweiligen Schichten kann auch über Befestigungsmittel, wie Klebstoffe, und/oder Befestigungsvorrichtungen, wie Schraub- oder Klemmverbindungen erfolgen, die die Schichten der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 derart miteinander verbinden, dass die Vibrationsschicht 30 die jeweilige von anhaftenden Wassertröpfen 90 oder anderen Schmutzpartikeln zu reinigende Schicht durch Vibrieren reinigen kann.
Der Aufbau einer Ausführungsform der Vibrationsschicht 30 ist in den 5, 5a, 5b gezeigt. Die Vibrationsschicht 30 weist bevorzugt eine Schicht aus einem elektroaktives Polymer 33 auf, das zwischen einer ersten Elektrode 32 und einer zweiten Elektrode 34 angeordnet ist, so dass das elektroaktives Polymer 33 mittels der ersten Elektrode 32 und der zweiten Elektrode 34 bei entsprechender Ansteuerung durch eine Stromquelle 18 vibriert wird.
Bei dem elektroaktiven Polymer kann es sich um ein dielektrisches Elastomer handeln, wobei eine Lage aus einem Elastomerfilm 33 zwischen zwei nachgiebigen Elektroden 32, 34 angeordnet ist. Wenn eine elektrische Spannung V mittels einer Stromquelle 18 angelegt wird, ziehen sich die gegenüberliegenden Elektroden 32, 34 aufgrund des elektrostatischen Druckes an. Der Elastomerfilm 33 wird in seiner Dicken-Richtung, die von den beiden Elektroden bestimmt wird, zusammengedrückt und dehnt sich in seitlicher Richtung aus. Wird die Stromquelle V ausgeschaltet, kehrt der Elastomerfilm 33 in seine ursprüngliche Schichtdicke zurück. Wenn die Stromzufuhr getaktet oder in einer vorbestimmten Frequenz ein und ausgeschaltet wird, wird der Elastomerfilm 33 mit einer vorbestimmten Frequenz bei Stromfluss gedehnt und gestaucht, wobei zu einem niedrigen oder keinem Stromfluss, der Elastomerfilm 33 in seine ursprüngliche Schichtdicke zurückkehrt, so dass ein aufeinander zu und voneinander weg bewegen der Elektroden 32, 34 und der jeweiligen Oberflächen des Elastomerfilm erzielt wird, wie beispielsweise mit den Pfeilen 100, 101 angezeigt (5b), so dass eine Vibrationskraft Fa zum Beseitigen von Wassertröpfchen 91 und/oder anderen Schmutzpartikeln erzeugt wird.
Der Aktor zur Anregung der elektroaktiven Polymerschicht 33, wie die erste Elektrode 32 und die zweiten Elektrode 34, weist bevorzugt einzeln oder in Kombination organische, anorganische dielektrische elektroaktive Polymere, ionische Polymergele, ferroelektrische Polymere, organisch leitfähige Polymere und oder transparente Folien auf Acrylbasis auf.
Das verwendete elektroaktive Polymer weist bevorzugt eine hohe Lichtdurchlässigkeit auf und ist transparent oder wenigstens transluzent. Zudem weisen hierbei auch die verwendeten Elektroden 32, 34 eine hohe Lichtdurchlässigkeit auf und/oder sehr kleine Abmessungen aufweisen, um das Sichtfeld nicht zu beeinträchtigen. Dies kann zum Beispiel in der Art erfolgen, wie dies bereits bei Scheibenheizung erfolgt, wobei die Elektroden 32, 34 drahtförmig verlaufen und an dem Elastomerfilm beidseitig angebracht sind. Die Abmessungen der Elektroden 32, 34 können derart gebildet sein, dass diese aufgrund ihres geringen Durchmessers keine Sichtbehinderung darstelle, vergleichbar mit den Abmessungen der Heizdrähte der Scheibenheizung bei Heckfenstern in Kraftfahrzeugen. Vorzugsweise weist die Schutzbeschichtung 40 ebenfalls eine hohe Lichtdurchlässigkeit auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Spannung V mit einer vorbestimmten Frequenz an den Elektroden 32, 34 angelegt, so dass diese mit einem vorgegebenen Rhythmus den Elastomerfilm 33 abwechselnd zusammendrücken und freigeben, so dass der Elastomerfilm vibriert wird. Durch diese Vibration kann eine Tröpfchenschicht 90, die an der Vibrationsschicht 30 bzw. einer ihr vorgeschaltete Schutzbeschichtung 40 anhaftet, abgeschüttelt werden. Die Elektroden 32, 34 sind an der Außenfläche der Vibrationsschicht 30 vorgesehen oder in derselben eingebettet.
Die Steuerung oder Regelung der Frequenz erfolgt bevorzugt über eine Steuereinrichtung, die mit der die Vibration erzeugenden Vorrichtung in der Vibrationsschicht verbunden ist. Die Steuereinrichtung kann eine CPU und entsprechende RAM und/oder ROM-Speicher aufweisen, in denen die Steuerbefehle und Programme gespeichert bzw. Signale von Sensoren beispieilsweise zum Erfassen des Verschmutzungsgrades und/oder der Reinigungswirkung der Vibrationsschicht 30, zwischengespeichert werden können. In der Vibrationsschicht 30 können an geeigneter Stelle Sensoren zum Erfassen des Verschmutzungsgrades und/oder der Reinigungswirkung angeordnet sein, bevorzugt derart, dass keine Sichtbehinderung stattfindet. Die Sensoren sind mit der Steuereinrichtung derart verbunden, dass die Steuereinrichtung die Signale der Sensoren empfangen kann.
Bevorzugt wird die Vibrationsschicht 30 mit einer derartigen Frequenz vibriert, die der Eigenfrequenz der Vibrationsschicht 30 entspricht, um einen Resonanzeffekt zu bewirken. Durch den Resonanzeffekt kann eine größere Vibrationswirkung erzielt werden, so dass die abzuschüttelnden Flüssigkeits- und/oder Schmutzteile besser entfernbar sind.
Es wird Bezug genommen auf 2.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1, wobei zusätzlich zur Vibrationsschicht 30 eine Schutzschicht, insbesondere eine adhäsionsmindernde Schicht 40 vorgesehen ist, die derart strukturiert ist, dass die zum Anhaften von Flüssigkeitstropfen notwendige Adhäsionskraft auf ein Minimum reduziert ist. Bevorzugt ist die adhäsionsmindernde Schicht 40 derart strukturiert, dass diese dem Lotuseffekt nahe kommt.
Die adhäsionsmindernde Schicht 40 kann an der Vibrationsschicht 30 derart angebracht sein, dass eine Kraftübertragung der von der Vibrationsschicht 30 erzeugten Vibrationen auf die adhäsionsmindernde Schicht 40 möglich ist. Mit der adhäsionsmindernden Schicht 40 wird zu einem gewissen Grad eine Selbstreinigung erzielt, um die Reinigungswirkung der Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 zu unterstützen. Beispielsweise kann die adhäsionsmindernde Schicht 40 mittels einer Klebeschicht (nicht dargestellt) an der Vibrationsschicht 30 angebracht sein. Die Selbstreinigung der adhäsionsmindernden Schicht 40 kann mittels einer hydrophoben (wasserabweisenden) Struktur der Oberfläche derselben erzielt werden. Die Oberfläche der adhäsionsmindernden Schicht 40 ist derart ausgestaltet, dass die Kontaktfläche und damit die Adhäsionskraft zwischen der Oberfläche der adhäsionsmindernden Schicht 40 und den auf ihr liegenden Partikeln und Wassertropfen so stark verringert wird, dass es zur Selbstreinigung kommen kann. Beispielsweise kann die adhäsionsmindernde Schicht 40 ein wasserabweisendes Wachs aufweisen. Insbesondere kann die Schutzschicht oder adhäsionsmindernde Schicht 40 auf der der Vibrationsschicht 30 abgewandten Seite 41 aus einem hydrophoben Material ausgebildet sein. Hiefür kann die Schutzschicht 40 oder adhäsionsmindernde Schicht 40 zur Ausbildung einer Lotus-Effekt-Wirkung mit einer wasserabweisend ausgebildeten mikro- und nanostrukturierten Oberflächen versehen sein.
Wenn die Vibrationsschicht 40 für Fensterscheiben, Sichtscheiben, Windschutzscheiben und Spiegelscheiben verwendet wird, ist die Vibrationsschicht 30 bevorzugt derart ausgebildet, dass diese transparent oder wenigstens transluzent ist und keine Sichtbehinderung für einen Nutzer darstellt. In diesem Fall ist auch die adhäsionsmindernde Schicht 40 transparent oder wenigstens transluzent ausgebildet.
Es wird Bezug genommen auf 3.
3 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht ein Kraftfahrzeug 60 mit einen Rückspiegel 50, wobei nur der Rückspiegel 50 auf der rechten Fahrzeugseite dargestellt ist. In 3 sind Oberflächen angezeigt, die mit der erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 vorgesehen sein können.
Bei dem Rückspiegel 40 ist die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 auf der Seite integriert, die der Sichtseite des Spiegels 10 der Spiegelfläche 10 des Rückspiegels im eingebauten Zustand entspricht. Um auf der Oberfläche der Spiegelfläche des Rückspiegel 40 vorhandene Ablagerung, wie beispielsweise Wasser in Form von Regentropfen oder Tau sowohl im flüssigen als auch im eisförmigen Zustand, zu beseitigen, wird die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 von einer geeigneten Steuervorrichtung (nicht dargestellt) aktiviert, in dem die Vibrationsschicht 30 mit einer vorbestimmten Erregerfrequenz vibriert wird, bis die auf der Spiegeloberfläche des Rückspiegel 40 anhaftenden Tropfen beseitigt worden sind. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise an eine Sensorvorrichtung gekoppelt sein, die den Verschmutzungsgrad der Spiegelfläche bzw. der ihr vorgeschalteten Vibrationsschicht 30 misst und, beispielsweise bei einem entsprechenden Verschmutzungsgrad, ein Signal an die Steuerungsvorrichtung zum Aktivieren der Vibrationsschicht 30 sendet.
Die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 kann aber nicht nur an der Spiegelfläche des Rückspiegels 50 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 auch an den Seitenfenstern 55 der Vordertür 71 und/oder der Hintertür als auch dem Heckfenster sowie an der Windschutzscheibe vorgesehen sein.
Ferner ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 an besonders schmutzanfälligen Karosserieanschnitten 70 nahe den Vorder- und Hinterrädern 80 vorzusehen.
Es wird nun Bezug genommen auf 4.
4 zeigt in einer schematischen Schnittansicht gemäß Schnittführung A-A aus 3 den Rückspiegel 50. Der Rückspiegel 50 weist ein Gehäuse 51 mit einer Haltervorrichtung 52 auf, die den Basiskörper bzw. Spiegel 10 und die mittels einer Substratschicht 20 an dem Spiegel 10 angebrachten Vibrationsschicht 30 hält. Die Haltervorrichtung 52 kann auch derart ausgelegt sein, dass auf die Substratschicht 20 verzichtet werden kann und nur die Haltevorrichtung 52 die Vibrationsschicht 30 an der Spiegelscheibe 10 befestigt. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 ist die Vibrationsschicht 30 auf der Seite angebracht, auf die ein Fahrzeugnutzer bei Benutzung des Fahrzeuges 60 sieht. Die Vibrationsschicht 10 kann auch an der abgewandten Seite der der Spiegelscheibe 10 befestigt sein, so dass der Spiegel an sich von der Vibrationsschicht 30 vibriert wird.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf 5.
5 zeigt in einer schematischen Schnittansicht den Aufbau der Vibrationsschicht 30 der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 im Detail, wobei zum Besseren Verständnis keine Basisschicht 10 dargestellt ist, auf der die Vibrationsschicht 30 befestigbar ist.
Auf der Seite der Vibrationsschicht 30, die der Substratschicht 20 abgewandt ist und der Seite zugewandt ist, die den Umwelteinflüsse zugewandt ist, ist ferner eine Schutzschicht 40 aufgebracht, wie beispielsweise in 2 dargestellt, wobei auf der Schutzschicht 40 auf derer den Umwelteinflüssen ausgesetzten Seite eine Wasserschicht 90 aus einzelnen Wassertropfen 91 schematisch dargestellt ist. Zwischen der Schutzschicht 40 und der Substratschicht 20 ist eine Vibrationsschicht 30 angeordnet, die eine erste Elektrode 32, ein elektroaktives Polymer 33 und eine zweite Elektrode 34 aufweist. In 5 ist ferner eine ansteuerbare Stromquelle 18 in einem ausgeschalteten Zustand dargestellt, die über eine der Elektroden 32, 34 an eine Masse 16 elektrisch koppelbar ist. Bei der Masse 16 kann es sich um eine Erdung, wie sie bei Kraftfahrzeugen üblich ist, bzw. um eine Erdung, wie sie bei Gebäuden üblich ist, handeln. Der ausgeschaltete Zustand ist mit dem Keine-Spannung-Symbol 0 V angezeigt.
Auf der Seite der Vibrationsschicht 30, die der Substratschicht 20 abgewandt ist, ist eine Schutzschicht 40 bzw. adhäsionsmindernde Schicht 40 angebracht, auf der schematisch eine Wasserschicht 90 mit einzelnen Wassertropfen 91 gezeigt sind.
5a zeigt die in 5 dargestellte erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 in einem eingeschalteten Zustand der Stromquelle 18, angezeigt mit dem Spannung-Angelegt-Symbol ~V, das eine wechselnde Stromversorgung und oder eine Wechselstromversorgung anzeigt, so dass die ersten und zweiten Elektroden 32, 34 aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Ferner ist in 5a die Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 zusätzlich mit einer vorbestimmten Neigung α dargestellt ist, wie sie bei Windschutzscheiben oder auch Seitenfenstern 55 von Kraftfahrzeugen 60, wie in 3 dargestellt, üblich sein kann.
Der eingeschaltete Zustand der Stromquelle 18 ist daran zu erkennen, dass die zweite Elektrode 34 mit der Stromquelle 18 elektrisch gekoppelt ist, während die erste Elektrode 32 mit der Erdung 16 elektrisch gekoppelt bleibt, so dass sich zwischen den beiden Elektroden 32, 34 ein elektrostatischer Druck zum Voneinanderwegbewegen bzw. elektrostatischer Zug zum Aufeinanderzubewegen der Elektroden 32, 34 erzeugt wird. Ferner ist ein getakteter Stromfluss mit den Spannung-Angelegt-Symbol ~V dargestellt, mit dem ein Hin- und Herbewegen der ersten und zweiten Elektrode 32, 34 zur Quetschung der elektroaktiven Polymerschicht 33 oder zu deren Verformung angelegt wird. Ein Rückverformen der elektroaktiven Polymerschicht 33 wird durch elektrisches Unterbrechen oder Kurzschließen der Spannung V bewirkt. Durch das Vibrieren bzw. Hin- und Herbewegen der elektroaktiven Polymerschicht werden die Wassertropen 41 von der Schutzschicht 40 abgeschüttelt, wie mittels der Pfeilrichtung 93 angezeigt. Das Quetschen und Rückverformen der elektroaktiven Polymerschicht 33 ist in 5b mittels der Pfeilsymbole 100, 101 angezeigt. Das Pfeilsymbol 101 zeigt ein Quetschen der elektroaktiven Polymerschicht 33 bzw. ein aufeinander zu bewegen der Elektroden 32, 34 an, wobei das Pfeilsymbol 100 ein Rückverformen der elektroaktiven Polymerschicht 33 bzw. ein voneinander weg bewegen der Elektroden 32, 34 anzeigt.
5b zeigt die in 5a dargestellte erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 in einem größeren Maßstab, um die an den Wassertropfen 91 wirkenden Kräfte besser darzustellen. An den abgeschüttelten Wassertropen 91 wirkt eine Beschleunigungskraft Fa, angezeigt mit Bezugszeichen 93, verursacht durch die Vibration der Vibrationsschicht 30. Aufgrund der Schrägstellung der erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 wirkt zusätzlich eine Erdanziehungskraft Fg, angezeigt mit Bezugszeichen 94, die gemäß dem Kräftegleichgewicht zusammen mit der Beschleunigungskraft Fa eine resultierende Kraft Fres, angezeigt mit Bezugszeichen 95 bedingt, die eine Abschüttlung der Wassertropfen 91 von der Schutzschicht 41 bewirkt, wie durch die elliptische Gestalt des Wassertropfens 91 in 5a und 5b symbolisch dargestellt ist.
Es wird nun Bezug genommen auf 6, 7 und 8.
6 zeigt ein drittes besonderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1, wie sie beispielsweise bei einer Verbundglasscheibe 10 als Basiskörper 10 Anwendung finden kann. Die in 6 dargestellte erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 weist eine transparente Verbundglasscheibe 10 auf, an der eine Substratschicht 20 angrenzt, auf der die Vibrationsschicht 30 mit einer Schutzschicht 40 angebracht ist. Ferner ist in 6 eine Wasserschicht 90 mit einzelnen Wassertropfen 91 schematisch angedeutet.
Die Verbundglasscheibe 10 weist eine untere erste Glasscheibe 11, eine Zwischenschicht 12 und eine obere zweite Glasscheibe 13 auf, wie diese beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Windschutzscheibe verwendet wird. Die obere zweite Glasscheibe 13 ist die vom Fahrzeuginnenraum abgewandte Seite der Glasscheibe, wobei die untere erste Glasscheibe 11, die Glasscheibe ist, die auf der Seite angeordnet ist, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist. An der zweiten Scheibe 13 ist eine elastische Substratschicht 20 angebracht, die als Bindeglied zwischen der oberen zweiten Glasscheibe 13 der Verbundglasscheibe 10 und der Vibrationsschicht 30 dient. Die Substratschicht 20 weist eine bestimmte Elastizität auf, die die von der Vibrationsschicht 20 erzeugten Stauchungsbewegungen in tangentialer und senkrechter Richtung zu der oberen, zweiten Glasscheibe 13 auffangen soll.
Die Vibrationsschicht 30 weist eine untere erste Elektrode 32, ein elektroaktives Polymer 33 und eine obere zweite Elektrode 34 auf, die mit einer geeigneten Stromquelle 18 und Erdung 16 verbunden sind. Die Ansteuerung des elektroaktiven Polymers 33 wird über die erste untere Elektrode 12 und die obere zweite Elektrode 14 durchgeführt, um das elektroaktive Polymer 33 in Vibration zu versetzen. Vorzugsweise ist auf der äußeren oberen zweiten Elektrode 12 eine Schutzbeschichtung 40, insbesondere eine adhäsionsmindernde Schicht angebracht. Sowohl die Schutzschicht 40 als auch die elektroaktive Polymerschicht 33 weisen eine hohe Transparenz bzw. hohe Lichtdurchlässigkeit auf. Ferner weist die Schutzbeschichtung 40 bevorzugt einen hohen Verschleißwiderstand, Antireflektionseigenschaft und/oder eine adhäsionsmindernde Oberflächeneigenschaften, ähnlich dem Lotuseffekt auf, was ein Benetzen mit Wassertropfen erschwert. Die Schutzbeschichtung 15 ist diejenige Schicht, die den Umweltbedingungen ausgesetzt ist, auf der sich Tropfen 91 beispielsweise durch Regen oder Tau absetzen können.
7 zeigt eine detaillierte Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 auf, wie sie beispielsweise bei Spiegeln, insbesondere Rückspiegeln von Kraftfahrzeugen verwendbar ist.
Die in 7 gezeigte erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 ist für einen Spiegel 10 als Basisschicht 10 vorgesehen. Der Spiegel 10 ist beispielsweise ein Kraftfahrzeugspiegel, der als Außenspiegel 50 zum Einsatz kommt und weist in den 7 dargestellten Ausführungsform eine Spiegelbefestigung 23, eine Reflektionsschicht 22 und eine Glasschicht 21 auf. An der Glasschicht 21 ist eine Substratschicht 20, insbesondere eine elastische Substratschicht 20 vorgesehen, die als Bindeglied der Glasschicht 21 und der Vibrationsschicht 30 vorgesehen ist. Die Substratschicht 21 hat die Aufgabe, die von der Vibrationsschicht 30 erzeugten Schwingungen abzufangen, wie bereits oben angemerkt.
An der Substratschicht 20 grenzt die Vibrationsschicht 30 an, die eine untere erste Elektrode 32, eine elektroaktive Polymerschicht 33 und eine obere zweite Elektrode 34 aufweist, die über eine Stromquelle 18 und eine Erdung 16 über eine Steuervorrichtung angesteuert werden.
An der Elektrode 34 ist eine Schutzschicht 40 vorgesehen, die bevorzugt die gleichen Eigenschaften aufweist, wie unter 6 angemerkt, also wenigstens transluzent oder transparent ist und einen hohen Verschleißwiderstand, Antireflektionseigenschaften und/oder eine adhäsionsmindernde Oberflächeneigenschaften aufweist. Die Elektroden 32, 34 weisen transparente oder transluzente Eigenschaften oder keine sichtbehindernden Abmessungen auf, wobei die elektroaktive Polymerschicht 33 transluzent oder transparent ist.
Ferner sind auf der Außenseite der Schutzschicht 40 Wassertropfen 41 dargestellt, um die Seite der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 anzudeuten, die den Umwelteinflüssen ausgesetzt ist.
8 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberflächenreinigungsvorrichtung 1, die sich von den zuvor beschriebenen fünften Ausführungsformen der Oberflächenreinigungsvorrichtung 1 darin unterscheidet, dass die Vibrationsschicht 30 nicht zwischen der nach außen gerichteten Schutzbeschichtung 40 und einer von dem Basiskörper 40 gebildeten Schicht, insbesondere einer Spiegelschicht 10, angeordnet ist, sondern auf der Seite des Basiskörpers 10 angeordnet ist, die weg von der Außenseite der Seite zeigt, die der Schutzbeschichtung 40 abgewandt ist. Die in 8 gezeigt Ausführungsform weist von unten nach oben eine Vibrationsschicht 30 mit einer unteren ersten Elektrode 32, einer elektroaktiven Polymerschicht 33 und einer oberen zweiten Elektrode 34 auf, an die eine Substratschicht 20 angrenzt, die die Vibrationsschichtschwingungen elastisch abfängt. An der Substratschicht 20 grenzt der Basiskörper hier in der Form eines Spiegels 10 an, der eine Spiegelbefestigung 23, eine Reflektionsschicht 22 und eine Glasschicht 21 aufweist, an der eine Schutzbeschichtung 40 angebracht ist. Ferner sind an der Schutzbeschichtung 40 Wassertropfen 91 dargestellt, die mit Hilfe der Vibrationsschicht abschüttelbar sind, in dem die Vibrationsschicht 30 die über ihr angeordneten Schichten zum Beseitigen der Wassertropfen 91 vibrierend bewegen kann, wobei die die Vibrationsschicht 30 ausbildenden Schicht 33 und die Elektroden 32, 34 nicht transparent oder transluzent sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004002986 A1 [0004]

Claims

Oberflächenreinigungsvorrichtung (1) zum Beseitigen von Flüssigkeits- und Schmutzanhaftungen an einer Oberflächenseite eines Basiskörper (10), wobei an einer Oberflächenseite des Basiskörpers (10) eine Vibrationsschicht (30) angebracht ist, die mit einer vorbestimmten Erregerfrequenz vibrierbar ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Erregerfrequenz der Eigenfrequenz der Vibrationsschicht (30) entspricht.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erregung der Vibrationsschicht (30) mittels einer elektrischen Stromquelle (18) erfolgt.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vibrationsschicht (30) eine erste Elektrode (32), eine zweite Elektrode (34) und eine elektroaktive Polymerschicht (33) aufweist, die zwischen der ersten Elektrode (31) und der zweiten Elektrode (34) angeordnet ist, wobei die erste Elektrode (32) oder die zweite Elektrode (34) mit der Stromquelle (18) und die zweite Elektrode bzw. erste Elektrode mit einer Erdung (16) elektrisch gekoppelt sind.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Steuervorrichtung eine der Elektroden (32, 34) mit einer vorbestimmten Frequenz mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, so dass die Vibrationsschicht (30) mit einer vorbestimmten Erregerfrequenz vibrierbar ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die elektroaktive Polymerschicht (33) und oder die erste und die zweite Elektrode (32, 34) ein organische und/oder anorganisches, dielektrisch elektroaktive Polymere, ionische Polymergel, ferroelektrisches Polymer, organisch leitfähiges Polymer und/oder eine transparente Folien auf Acrylbasis aufweist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vibrationsschicht (30) mittels einer elastischen Substratschicht (20) an der Oberflächenseite der Basiskörper (10) angebracht ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer Seite des Basiskörpers (10) oder der Seite der Vibrationsschicht (40) eine Schutzschicht (40) angebracht ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Schutzschicht (40) einen hohen Verschleißwiderstand, Antireflektionseigenschaften und/oder eine geringe Benetzbarkeit ihrer Oberfläche aufweist.
Oberflächenreingungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die elektroaktive Polymerschicht (33), die Vibrationsschicht (30), die Substratschicht (20) und/oder die Schutzschicht (40) transparent und/oder transluzent sind/ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (32, 34) transparent sind oder Abmessungen aufweisen, die nicht sichtbehindernd sind.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vibrationsschicht (30) auf der Seite des Basiskörpers 10 angeordnet ist, die den Umweltbedingungen zugewandt ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vibrationsschicht (30) auf der Seite des Basiskörpers (10) angeordnet ist, die der Seite abgewandt ist, die den Umweltbedingungen ausgesetzt ist.
Oberflächenreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, dass der Basiskörper (10) eine Sichtscheibe von Fahrzeugen, Gebäuden oder Werkzeugmaschinen oder ein Außenfassadenabschnitt eines Bauwerkes ist.