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Die Erfindung betrifft eine Spülvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche zum Beaufschlagen eines Innenraums eines Gehäuses mit trockener Druckluft ausgebildet ist. Die Spülvorrichtung weist eine Druckluftquelle zum Bereitstellen von Druckluft und eine Trocknungseinrichtung auf. Mittels der Trocknungseinrichtung ist ein Feuchtegehalt der von der Druckluftquelle bereitstellbaren Druckluft verringerbar. Die Trocknungseinrichtung ist über eine von der trockenen Druckluft durchströmbare Zuführleitung mit dem Gehäuse gekoppelt.
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Das Beschlagen von funktionalen optischen Flächen etwa von Scheinwerfern eines Kraftfahrzeugs oder von Sensoren eines Kraftfahrzeugs aufgrund einer Kondensatbildung ist ein bekanntes Phänomen. Wenn jedoch derartige, beispielsweise transparente oder reflektierende Flächen beschlagen sind, so führt dies einerseits zu Funktionsstörungen, etwa aufgrund einer unerwünschten Streuung und Absorption der Strahlung beziehungsweise des Lichts. Außerdem kann ein Scheinwerfer, welcher eine beschlagene Lichtdurchtrittsscheibe aufweist, im Hinblick auf sein optisches Erscheinungsbild als mangelhaft wahrgenommen werden. Es ist also nicht wünschenswert, wenn beispielsweise diejenige Scheibe eines Scheinwerfers beschlagen ist, durch welche im Betrieb des Scheinwerfers Licht in die Umgebung austritt.
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Das Problem der Beschlagbildung tritt insbesondere bei modernen, energiesparenden Scheinwerfern auf, bei welchen als Lichtquellen Leuchtdioden (LEDs) zum Einsatz kommen. Ist der Scheinwerfer hingegen mit herkömmlichen Glühlampen ausgestattet, so führt die erhebliche Wärmeentwicklung im Betrieb der Glühlampen zu einer nennenswerten Erwärmung des gesamten Scheinwerfers. Dies geht zwar mit einer geringeren Energieeffizienz des Scheinwerfers im Vergleich zu einem LED-basierten Scheinwerfer einher. Jedoch kann aufgrund der Wärmeentwicklung kondensierendes Wasser verdampfen und so aus dem Scheinwerfer verschwinden.
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Beim Einsatz hocheffizienter Lichtquellen in einem Scheinwerfer, etwa beim Einsatz von LEDs, findet jedoch eine solche Erwärmung in einem viel geringeren Ausmaß statt. Als Lösung für dieses Problem kann vorgesehen werden, dass der Innenraum des Gehäuses mit trockener Luft gespült wird. Bedingt durch den niedrigen Feuchtegehalt in einer solchen Spülluft wird der Taupunkt im Inneren des Gehäuses niedriger als die Temperatur derjenigen optischen Einrichtung gehalten, auf deren Oberfläche eine Beschlagbildung verhindert werden soll. Dadurch findet eine Kondensation von Wasserdampf und somit eine Bildung von Beschlag an der genannten Oberfläche nicht statt. Für den Fall, dass die Kondensation bereits stattgefunden hat, wird das Kondensat aufgrund der trockenen Atmosphäre schnell verdampfen, welche durch das Einbringen der trockenen Spülluft in den Innenraum des Gehäuses bewirkt wird.
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Eine Verwendung von trockener Spülluft zum Herabsetzen des Taupunkts ist beispielsweise in der
US 5446249 A oder in der
US 6205796 B1 beschrieben.
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Für eine Spülung von Gehäusen in einem Kraftfahrzeug kann die trockene Luft separat aufbereitet werden und als Druckluft in einem geeigneten Gefäß gespeichert werden. Alternativ kann die Druckluft vor Ort produziert werden. Zum Aufbereiten der Luft und somit zum Verringern einer Feuchte der Luft können unterschiedliche Techniken zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann die Luft mittels eines Adsorbers wie etwa Silikagel entfeuchtet werden. Des Weiteren ist es möglich, die Luft abzukühlen. Dabei kondensiert die Feuchte aus, und das Kondensat in Form von Wasser kann abgeführt beziehungsweise entfernt werden. Des Weiteren kann die Luft komprimiert werden. Auch hierbei kommt es zu einer Kondensation von Feuchte, und das Wasserkondensat kann entfernt werden. Alternativ ist es möglich, die Luft mittels eines Membranverfahrens zu entfeuchten. Ein derartiges Verfahren benötigt jedoch in der Regel komprimierte Luft als Vorstufe.
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Dem unmittelbaren Einsatz der vorstehend beschriebenen Techniken mit dem Ziel, trockene Spülluft für die Spülung eines Innenraums eines Gehäuses etwa eines Autoscheinwerfers zu gewinnen, steht der erhebliche Bedarf an Gewicht, Volumen und Energie für zusätzliche Aggregate sowie die Komplexität derartiger Aggregate im Wege.
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Die
DE 10 2017 202 379 A1 beschreibt eine Kraftfahrzeugvorrichtung, welche eine Energieaustauscheinheit aufweist. Die Energieaustauscheinheit ist dazu vorgesehen, thermische Energie mittels eines gerichteten thermischen Energieflusses von dem Kraftfahrzeug zu einem Objekt zu leiten. Thermische Energie in Form von Abwärme einer Energiespeichereinheit des Kraftfahrzeugs kann hierbei auf ein gasförmiges Medium übertragen werden. Insbesondere kann aufgewärmte oder abgekühlte Luft mittels eines gerichteten Luftstroms von dem Kraftfahrzeug zu dem Objekt geführt werden. Beispielsweise kann ein gasförmiges Medium in Form von kalter Außenluft durch einen Schlauch dem Objekt zugeführt werden, um das Objekt mittels des gerichteten thermischen Energieflusses abzukühlen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders wirkungsvolle Spülvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spülvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Spülvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist zum Beaufschlagen eines Innenraums eines Gehäuses mit trockener Druckluft ausgebildet. Bei dem Gehäuse kann es sich insbesondere um ein Gehäuse eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeugs und/oder um ein Gehäuse eines Sensors des Kraftfahrzeugs handeln. Beispielsweise kann der Sensor als Regensensor ausgebildet sein oder als Kamera zum Erfassen oder Beobachten eines Umfelds des Kraftfahrzeugs. Die Spülvorrichtung umfasst eine Druckluftquelle zum Bereitstellen von Druckluft und eine Trocknungseinrichtung. Mittels der Trocknungseinrichtung kann ein Feuchtegehalt der von der Druckluftquelle bereitstellbaren Druckluft verringert werden. Die Trocknungseinrichtung ist über eine Zuführleitung mit dem Gehäuse gekoppelt, welche von der trockenen Druckluft durchströmbar ist. Die Trocknungseinrichtung ist als Entfeuchter ausgebildet, welcher ein Hohlfasermodul aufweist. Hierbei sind jeweilige Wandungen der von der zu trocknenden Druckluft durchströmbaren Hohlfasern des Hohlfasermoduls für Wasserdampf zulässig.
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Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei gleich bleibender Temperatur der maximal mögliche Wasserdampfgehalt bezogen auf die Masse der Luft in komprimierter Luft annährend umgekehrt proportional zum Kompressionsgrad der Luft ist. Der Wasserdampfgehalt bezogen auf die Masse der feuchten Luft wird auch als die spezifische Luftfeuchtigkeit bezeichnet, während als Mischungsverhältnis oder als Feuchtigkeitsgrad oder einfach nur als Wasserdampfgehalt die Masse des Wassers bezeichnet wird, die sich in einer bestimmten Masse trockener Luft befindet. Aufgrund der annährend umgekehrten Proportionalität des maximalen Wasserdampfgehalts bezogen auf die Masse der Luft zum Kompressionsgrad der Luft ist komprimierte Luft grundsätzlich relativ trocken. Durch das Vorsehen des Hohlfasermoduls lässt sich jedoch auf sehr effektive Art und Weise eine Feuchte der Luft beziehungsweise Druckluft noch weiter verringern. Dies führt wiederum dazu, dass die Druckluft, welche in den Innenraum des Gehäuses eingebracht wird, besonders trocken ist und somit besonders viel Feuchte aufnehmen kann. Daher ist die Spülvorrichtung besonders wirkungsvoll.
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Die Entfeuchtung der komprimierten Luft kann also platzsparend und energiesparend mittels eines Membranverfahrens erfolgen, indem in dem Entfeuchter beziehungsweise Membranentfeuchter das Hohlfasermodul zum Einsatz kommt, welches die von der zu trocknenden Druckluft durchströmbaren Hohlfasern aufweist. Gemäß der
DE 19812960 C1 kann durch den Einsatz eines Membrantrockners eine Absenkung des Taupunkts von bis zu 55 K erreicht werden.
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Indem als Druckluftquelle beziehungsweise als Quelle für die in das Gehäuse einzubringende Luft eine ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene Quelle verwendet wird, braucht nicht für die Spülvorrichtung eine eigene, separate Druckluftquelle bereitgestellt zu werden. Vielmehr kann auf die ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene Druckluftquelle zurückgegriffen werden. Dies bringt es mit sich, dass der zu betreibende Aufwand zum Beschlagfreihalten wenigstens einer Scheibe des Gehäuses besonders gering gehalten werden kann.
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Des Weiteren kann nahezu unabhängig von der Witterung beziehungsweise Temperatur eine Transparenz von Scheiben des Gehäuses, insbesondere also des Scheinwerfers und/oder Sensors, erreicht werden. Damit wird auch eine Funktionsbeeinträchtigung des das Gehäuse aufweisenden Bauteils aufgrund von Beschlag, einer Betauung oder Vereisung vermieden. Die Scheiben beziehungsweise optischen Oberflächen von Scheinwerfern und/oder Sensoren können somit einfach beschlagfrei gehalten werden. Des Weiteren ist so vermieden, dass ein Beschlag an einer Scheibe eines Scheinwerfers oder einer Sensorabdeckung als optischer Mangel wahrgenommen wird.
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Die Druckluftquelle kann durch wenigstens eine Komponente einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs und/oder einer Luftfederungseinrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder eines Kompressors für eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs und/oder eines Abgasturboladers des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein. Von derartigen Druckluftquellen kann ohne Weiteres ein Teilstrom an Druckluft abgezweigt werden, welcher bedarfsgerecht zum Verhindern eines Beschlagens oder einer Entfernung von Beschlag in dem Gehäuse zum Einsatz kommen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Hierbei zeigt die Figur stark schematisiert eine Spülvorrichtung zum Beaufschlagen eines Innenraums eines Scheinwerfergehäuses mit trockener Druckluft.
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In der Figur ist schematisch eine Spülvorrichtung 10 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welche eine Druckluftquelle 12 umfasst. Mittels der Spülvorrichtung 10 wird trockene Druckluft in einen Innenraum 14 eines Gehäuses 16 eingebracht. Das Gehäuse 16 kann als Gehäuse 16 eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeugs oder als Gehäuse 16 eines Sensors des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Es findet also im Betrieb der Spülvorrichtung 10 ein Spülen des Innenraums 14 des Gehäuses 16 mit trockener Luft statt.
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Die Druckluft wird von einer in dem Kraftfahrzeug ohnehin vorhandenen Druckluftquelle 12 bezogen. Beispielsweise kann die Druckluftquelle 12 durch eine Komponente einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, eine Luftfeder beziehungsweise Luftfederungseinrichtung, oder durch eine Komponente eines Motorkompressors oder eines Abgasturboladers bereitgestellt sein.
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Die komprimierte Luft oder Druckluft wird also der Druckluftquelle 12 entnommen. Die Entnahme kann mittels eines Ventils 18 gesteuert werden, welches in einer Verbindungsleitung 20 der Spülvorrichtung 10 angeordnet ist. Über die Verbindungsleitung 20 ist die Druckluftquelle 12 mit einem Hohlfasermodul 22 beziehungsweise Hohlfasermembranmodul der Spülvorrichtung 10 verbunden. Die schon relativ trockene und komprimierte Luft wird also zu dem Hohlfasermodul 22 geleitet, welches Teil eines Membranentfeuchters 23 ist. Der Membranentfeuchter 23 dient daher als Trocknungseinrichtung der Spülvorrichtung 10.
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Das Hohlfasermodul 22 umfasst eine Mehrzahl von Hohlfasern 24. Wandungen 26 der jeweiligen Hohlfasern 24 bestehen aus einem Membranmaterial, welches für Wasserdampf in hohem Maße durchlässig ist. Jedoch sind die Wandungen 26 für die Hauptbestandteile der Luft weitgehend undurchlässig. In dem Hohlfasermodul 22 fließt also die komprimierte Luft durch die Innenräume der Hohlfasern 24. Dabei diffundiert die Feuchte durch die Membranen oder Wandungen 26 aus dem Innenraum der jeweiligen Hohlfaser 24 nach außen. Beim Durchströmen der Hohlfasern 24 wird dadurch die Luft zunehmend trockener.
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Das der Trocknungseinrichtung in Form des Entfeuchters beziehungsweise Membranentfeuchters 23 zugehörige Hohlfasermodul 22 ist über eine Zuführleitung 28 mit dem Gehäuse 16 gekoppelt. Über die Zuführleitung 28 kann somit die trockene Luft, welche das Hohlfasermodul 22 verlässt, in den Innenraum 14 des Gehäuses 16 gelangen.
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Vorzugsweise ist in der Zuführleitung 28 stromabwärts des Hohlfasermoduls 22 ein Druckminderer 30 angeordnet. Eine entsprechende Druckentlastung kann durch eine Membran, eine Blende oder eine Düse bewirkt werden. Durch das Verringern des Drucks der trockenen Luft sinkt der absolute Wassergehalt der Luft, also die Wassermasse pro Volumen proportional zum Druck. Dadurch wird die Luft noch trockener.
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Vorzugsweise wird ein Teil der getrockneten Luft in eine Rückführleitung 32 abgezweigt, und über die Rückführleitung 32 in eine Kammer beziehungsweise einen Aufnahmeraum 34 des Membranentfeuchters 23 eingebracht. In diesem Aufnahmeraum 34 sind zumindest Bereiche der Hohlfasern 24 angeordnet. Insbesondere können, wie vorliegend gezeigt, die Hohlfasern 24 durch den Aufnahmeraum 34 des Membranentfeuchters 23 hindurchgeführt sein.
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Eine Abzweigstelle 36, an welcher die Rückführleitung 32 von der Zuführleitung 28 abzweigt, ist vorzugsweise stromabwärts des Druckminderers 30 angeordnet. Die druckentlastete und trockene Luft wird als sogenannter Sweep in den Aufnahmeraum 34 eingebracht und befindet sich so in einem Außenraum der Hohlfasern 24, also in einer Umgebung der Hohlfasern 24. Dadurch wird ein besonders hoher Gradient des partiellen Drucks des Wasserdampf in dem Aufnahmeraum 34 des Membranentfeuchters 23 eingestellt. Auf diese Weise kann eine optimale Entfeuchtung erreicht werden.
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An einem Auslass 38 des Membranentfeuchters 23 kann der rückgeführte Teil der trockenen Druckluft aus dem Membranentfeuchter 23 in die Atmosphäre abgelassen werden.
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Die getrocknete Luft kann optional mittels einer Heizeinrichtung, insbesondere einer elektrischen Widerstandsheizung 40, aufgeheizt werden, um eine Beschlagsentfernung in dem Gehäuse 16 zu beschleunigen. Die elektrische Widerstandsheizung 40 oder dergleichen Heizeinrichtung ist also zum Erhöhen der Temperatur der Druckluft ausgebildet, welche die Zuführleitung 28 durchströmt.
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Stromaufwärts des Gehäuses 16 ist in der Zuführleitung 28 ein Rückschlagventil 42 angeordnet. Die Luft wird also über das Rückschlagventil 42 in das Innere beziehungsweise in den Innenraum 14 des Gehäuses 16, beispielsweise also in das Gehäuse 16 des Scheinwerfers, eingeleitet.
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Das Gehäuse 16 weist vorliegend einen Auslass 44 mit einem Ventil 46 auf. Das Ventil 46 öffnet bei einem Überschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts eines Drucks. Insbesondere kann das Ventil 46 als Druckregelventil ausgebildet sein. Dadurch, dass das Ventil 46 erst ab einem gewissen Überdruck öffnet, wird im Zusammenspiel des Ventils 46 mit dem Rückschlagventil 42 gewährleistet, dass im Innenraum 14 des Gehäuses 16 stets ein leichter Überdruck herrscht.
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Beispielsweise kann dafür gesorgt werden, dass in dem Innenraum 14 ein Überdruck von einigen 10 Millibar bis zu etwa 100 Millibar vorliegt. Dadurch wird ein unerwünschtes Eindringen von feuchter Umgebungsluft in den Innenraum 14 des Gehäuses 16 verhindert.
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Die Versorgung des Gehäuses 16 mit der trockenen Spülluft wird vorzugsweise auf der Basis eines Rechenmodells computergesteuert. Um ein Vorhandensein eines Beschlags zu detektieren beziehungsweise das Risiko für eine Entstehung von Beschlag zu bewerten, können hierbei unterschiedliche Informationen berücksichtigt werden.
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Beispielsweise kann eine Beschlagbildung über (nicht gezeigte) optische Sensoren detektiert werden, welche eine Lichtstreuung an einer beschlagenen Oberfläche detektieren. Mittels eines (nicht gezeigten) Drucksensors kann ein Überdruck in dem Innenraum 14 des Gehäuses 16 erfasst werden.
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Ein weiterer (nicht gezeigter) Sensor kann vorzugsweise die Temperatur und/oder die relative Feuchte in dem Innenraum 14 des Gehäuses 16 messen. Und noch ein weiterer (nicht gezeigter) Sensor kann eine Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur, also eine Temperatur in einer Umgebung 48 des Gehäuses 16 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs erfassen.
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Durch eine Auswertung von Messwerten, welche von zumindest einem der Sensoren bereitgestellt wird, vorzugsweise durch Auswertung der Messwerte aller dieser Sensoren, kann eine (nicht gezeigte) Steuerungseinrichtung beziehungsweise ein Steuergerät die Spülvorrichtung 10 ansteuern. Auf diese Weise kann eine Trockenluftspülung zur Beschlagsverhinderung bei Scheinwerfern und Sensoren des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5446249 A [0005]
- US 6205796 B1 [0005]
- DE 102017202379 A1 [0008]
- DE 19812960 C1 [0013]
