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Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Einrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Steuergerät für eine optische Einrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Lidarsysteme zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sind im Kraftfahrzeugbereich bekannt. Auch ist bekannt, dass diese Systeme empfindlich auf Verschmutzungen der vorgelagerten Optik reagieren.
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Scheibenwaschanlagen für Xenon-Scheinwerfer werden beispielsweise mit Wasser betrieben. Hierzu wird über eine Pumpe und Spritzdüse das Waschmittel auf die Scheibenaußenseite gesprüht. Die Reinigung erfolgt mittels Schmutzabtrag.
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Damit ist es Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeit optischer Systeme insbesondere hinsichtlich Verschmutzungen der zugeordneten Abdeckscheibe zu reduzieren.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Einrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem nebengeordneten Anspruch und durch ein Steuergerät für eine optische Einrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß einem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen sowie ferner in der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen.
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Gemäß einem ersten Aspekt dieser Beschreibung wird eine optische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die optische Einrichtung umfasst: ein Gehäuse, dessen Lichtdurchtrittsöffnung durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossen ist, ein in dem Gehäuse angeordnetes Lidar-Modul, welches dazu eingerichtet ist, mittels einer Laserlichtquelle Laserlichtpulse durch einen ersten Abschnitt der Abdeckscheibe hindurch abzustrahlen und mittels eines Lidarsensors durch einen zweiten Abschnitt der Abdeckscheibe in die optische Einrichtung eintretendes Licht zu empfangen, und eine Reinigungsvorrichtung, welche eine erste Reinigungsfunktion bereitstellt, um eine äußere Oberfläche des ersten Abschnitts abzureinigen, und welche eine zweite, der ersten Reinigungsfunktion nachrangige Reinigungsfunktion bereitstellt, um eine äußere Oberfläche des zweiten Abschnitts abzureinigen.
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Das durch die Laserlichtpulse beleuchtete Objekt wird auf den Lidarsensor abgebildet. Hierbei ist eine Verschmutzung der Oberfläche des zweiten Bereichs vor dem Lidarsensor weniger kritisch als eine Verschmutzung des ersten Bereichs vor der Laserlichtquelle. So können kleine intransparente Streupartikel auf der Oberfläche des ersten Abschnitts eine Art toten Raumwinkel im Beleuchtungspfad erzeugen. Je weiter ein zu detektierender Gegenstand von der optischen Einrichtung entfernt ist, desto größer ist der Einfluss einer fehlenden Ausleuchtung des Raumwinkels, innerhalb dessen sich der Gegenstand befindet. Auf der Oberfläche des zweiten Abschnitts hingegen hätten derartige Streupartikel lediglich eine Reduktion der Signalstarke bzw. der Bildqualität zur Folge, werden aber nicht zu einem entsprechenden toten Raumwinkelbereich führen.
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Vorteilhaft wird durch den Nachrang der zweiten Reinigungsfunktion ein Verbrauch an Reinigungsressourcen wie beispielsweise Reinigungsflüssigkeit reduziert und die Reinigung der Oberfläche des ersten Abschnitts priorisiert. Durch die vorrangige Reinigung der Oberfläche des ersten Abschnitts wird die auf Verunreinigungen Abstrahlfunktion des Lidar-Moduls sichergestellt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Behälter Reinigungsflüssigkeit bevorratet, wobei eine Pumpe die Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter fördert und die Reinigungsflüssigkeit wenigstens gemäß der ersten Reinigungsfunktion mittels einer Abgabeeinheit auf die Oberfläche des ersten Abschnitts der Abdeckscheibe abgibt.
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Vorteilhaft dient eine bevorzugt einfach durch den Fahrzeugbesitzer nachfüllbare Reinigungsflüssigkeit zum Abreinigen der Oberfläche der äußeren Oberflächen der ersten und zweiten Abschnitte der Abdeckscheibe. Durch Konzentration des Reinigungsprozesses auf den Laserstrahl wird der Reinigungsprozess vereinfacht und Reinigungsflüssigkeit wird eingespart.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Reinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Reinigungsfunktion Reinigungsflüssigkeit mittels der Abgabeeinheit oder einer weiteren Abgabeeinheit auf die Oberfläche des zweiten Abschnitts der Abdeckscheibe oder auf die Oberflächen des ersten und zweiten Abschnitts der Abdeckscheibe abgibt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Reinigungsfunktion mit einer höheren Frequenz durchgeführt wird als die zweite Reinigungsfunktion.
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Damit wird sichergestellt, dass die Oberfläche des ersten Abschnitts möglichst sauber, sodass die Laserlichtpulse möglichst ungehindert die optische Einrichtung verlassen können.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass gemäß einer dritten Reinigungsfunktion ein Antrieb ein Wischblatt zum Abwischen wenigstens der Oberfläche des ersten Abschnitts und/oder des zweiten Abschnitts antreibt.
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Vorteilhaft kann die Reinigung des zweiten Abschnitts dadurch verbessert werden. Ist der Reinigungseffekt der ersten Reinigungsfunktion ausreichend, so kann der Wischer bzw. das Wischblatt auch nur zum Reinigen der Oberfläche des zweiten Abschnitts ausgelegt sein.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die dritte Reinigungsfunktion mit einer geringeren Frequenz durchgeführt wird als die erste und/oder zweite Reinigungsfunktion.
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Hierdurch werden die Anforderungen an die Kratzwiderstandsfähigkeit der Abdeckscheibe durch die geringere Wischerzykluszahl reduziert.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche des zweiten Abschnitts entlang eines gedachten Windpfades nach der Oberfläche des ersten Abschnitts angeordnet ist.
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Der Fahrtwind führt die auf die Oberfläche des ersten Abschnitts abgegebene Reinigungsflüssigkeit entlang des Windpfades auf die Oberfläche des zweiten Abschnitts, womit die zweite Reinigungsfunktion bereitgestellt wird. Vorteilhaft wird die Oberfläche des zweiten Abschnitts in diesem Sinne passiv gereinigt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche des zweiten Abschnitts größer ist als die Oberfläche des ersten Abschnitts.
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Vorteilhaft müssen für die Oberfläche des ersten Abschnitts weniger Reinigungsressourcen wie beispielsweise Reinigungsflüssigkeit bereitgestellt werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Abstand zwischen der Laserlichtquelle und der Oberfläche des ersten Abschnitts kleiner ist als ein Abstand zwischen dem Lidarsensor und der Oberfläche des zweiten Abschnitts.
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Vorteilhaft stellt der erste Abschnitt eine kleinere Oberfläche bereit als der zweite Abschnitt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberflächen des ersten und des zweiten Abschnitts sich wenigstens abschnittsweise überlagern.
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Dies trägt zur Verkleinerung der abzureinigenden Fläche insgesamt bei.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Abschnitt leiterbahnenfrei ist.
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Damit wird das Abstrahlverhalten nicht durch zur Enttauung dienende Leiterbahnen behindert.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Einrichtung als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist und ein Lichtmodul zur Erzeugung einer für den Fahrer des Kraftfahrzeugs sichtbaren Abstrahllichtverteilung umfasst.
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In einem weiteren Beispiel ist die optische Einrichtung als vom Scheinwerfer separates Bauteil ausgebildet und wird beispielsweise im Bereich der Windschutzscheibe angeordnet.
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Ein weiterer Aspekt dieser Beschreibung ist auf ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Einrichtung für ein Kraftfahrzeug gerichtet, wobei die optische Einrichtung ein Gehäuse, dessen Lichtdurchtrittsöffnung durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossen ist, ein in dem Gehäuse angeordnetes Lidar-Modul und eine Reinigungsvorrichtung umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Abstrahlen von Laserlichtpulsen durch einen ersten Abschnitt der Abdeckscheibe hindurch mittels einer Laserlichtquelle des Lidarmoduls, Empfangen von durch einen zweiten Abschnitt der Abdeckscheibe in die optische Einrichtung eintretendem Licht mittels eines Lidarsensors des Lidarmoduls, Abreinigen einer äußeren Oberfläche des ersten Abschnitts gemäß einer ersten Reinigungsfunktion mittels der Reinigungsvorrichtung, und Abreinigen einer äußeren Oberfläche des zweiten Abschnitts gemäß einer zweiten, der ersten Reinigungsfunktion nachrangigen Reinigungsfunktion mittels der Reinigungsvorrichtung.
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Ein anderer Aspekt betrifft ein Steuergerät für eine optische Einrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen Prozessor und einen Speicher, wobei auf dem Speicher ein Computerprogramm abgespeichert ist, welches bei Ausführung auf dem Prozessor das Verfahren gemäß dem vorigen Aspekt durchführt.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen schematisch dargestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer;
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm; und
- 3 eine schematisch dargestellte Reinigungsvorrichtung.
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1 zeigt einen schematisch dargestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer, der allgemein auch als optische Einrichtung 100 für ein Kraftfahrzeug bezeichenbar ist. Die optische Einrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 102, dessen Lichtdurchtrittsöffnung durch eine transparente Abdeckscheibe 104 verschlossen ist. In dem Gehäuse 102 ist ein Lidar-Modul 106 angeordnet, welches dazu eingerichtet ist, mittels einer Laserlichtquelle 130 Laserlichtpulse durch einen ersten Abschnitt 110 der Abdeckscheibe 104 hindurch abzustrahlen. Das Lidarmodul 106 ist dazu eingerichtet mittels eines Lidarsensors 140 durch einen zweiten Abschnitt 112 der Abdeckscheibe 104 in die optische Einrichtung 100 eintretendes Licht zu empfangen.
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Um eine einwandfreie Funktionalität des Lidarmoduls 106 zu gewährleisten, ist eine Reinigungsvorrichtung 114 vor der optischen Einrichtung 100 angebracht. Die Reinigungsvorrichtung 114 stellt eine erste Reinigungsfunktion bereit, um eine äußere Oberfläche des ersten Abschnitts 110 abzureinigen. Die Reinigungsfunktion stellt eine zweite, der ersten Reinigungsfunktion nachrangige Reinigungsfunktion bereit, um eine äußere Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 abzureinigen. Die erste Reinigungsfunktion wird damit vorrangig, also priorisiert durchgeführt. Dies umfasst beispielsweise eine höhere Reinigungsfrequenz, einen stärkeren Reinigungsdruck, mit der bzw. mit dem eine Reinigungsflüssigkeit auf die Oberfläche des ersten Abschnitts 110 abgegeben wird. Darüber hinaus umfasst der Vorrang der ersten Reinigungsfunktion, dass, wenn beispielsweise ein niedriger Vorrat an Reinigungsflüssigkeit vorhanden ist, die zweite Reinigungsfunktion gar nicht mehr ausgeführt wird, sondern nur noch die erste Reinigungsfunktion. In einem weiteren Beispiel wird die zweite Reinigungsfunktion passiv realisiert, indem auf die Oberfläche des ersten Abschnitts 110 abgegebene Reinigungsflüssigkeit die Oberfläche des zweiten Abschnitts überfließt, womit wiederum die Nachrangigkeit der zweiten Reinigungsfunktion gegenüber der ersten Reinigungsfunktion gegeben ist.
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Ist die optische Einrichtung 100 als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet, so ist in dem Gehäuse 102 ein Lichtmodul 144 zur Erzeugung einer für den Fahrer des Kraftfahrzeugs sichtbaren Abstrahllichtverteilung 146 angeordnet. In diesem Beispiel kann die Reinigungsvorrichtung 114 eine weitere Reinigungsfunktion zur Abreinigung einer Oberfläche eines dritten Abschnitts 148 der Abdeckscheibe 104 umfassen, durch welchen das Lichtmodul 144 die erzeugte Lichtverteilung abstrahlt.
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Die Reinigungsvorrichtung 114 umfasst ein Behälter 116, der Reinigungsflüssigkeit bevorratet. Eine Pumpe 118 saugt die Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter 116 an und sprüht die Reinigungsflüssigkeit gemäß der ersten Reinigungsfunktion mittels einer Düse, welche allgemein als Abgabeeinheit 120 bezeichenbar ist, auf die Oberfläche des ersten Abschnitts 110 der Abdeckscheibe 104.
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Im gezeigten Beispiel der Reinigungsvorrichtung 114 wird gemäß der zweiten Reinigungsfunktion Reinigungsflüssigkeit mittels einer weiteren Düse, welche allgemein auch als Abgabeeinheit 121 bezeichenbar ist, auf die Oberfläche des zweiten Abschnitts 110 der Abdeckscheibe 104 gesprüht. Die weitere Abgabeeinheit 121 ist über eine Pumpe 119 mit dem Behälter 116 verbunden. Alternativ wird gemäß der zweiten Reinigungsfunktion die Reinigungsflüssigkeit auf die Oberflächen des ersten und zweiten Abschnitts 110, 112 der Abdeckscheibe 104 abgegeben.
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Die Reinigungsvorrichtung 114 spritzt also mittels der Düsen 120, 121 unter Hochdruck die Reinigungsflüssigkeit auf die Abdeckscheibe 104 und entfernt damit den anhaftenden Schmutz.
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In einem Beispiel wird in einer ersten Stufe gemäß der ersten Reinigungsfunktion mit einer erhöhten Anzahl von Wiederholungen und geringerem Wasserbedarf die Oberfläche des ersten Abschnitts 110 gereinigt. In einer zweiten Stufe gemäß der zweiten Reinigungsfunktion werden mit gegenüber der ersten Reinigungsfunktion vergrößertem Spritzkegel sowohl die Oberfläche des ersten Abschnitts 110 als auch die Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 gereinigt. Die zweite Stufe benötigt dafür mehr Reinigungsflüssigkeit als die erste Stufe, wird jedoch mit einer verringerten Frequenz als die erste Stufe durchgeführt. Die erste Reinigungsfunktion wird also mit einer höheren Frequenz gestartet als die zweite Reinigungsfunktion, um die Sauberkeit der Oberfläche des ersten Abschnitts 110 vorrangig zu gewährleisten und gleichzeitig Reinigungsflüssigkeit einzusparen.
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Eine dritte Reinigungsfunktion wird durch einen Antrieb und ein mit dem Antrieb verbundenes Wischblatt 142 realisiert. Das Wischblatt 142 dient zum Abwischen wenigstens der Oberfläche des ersten Abschnitts und/oder des zweiten Abschnitts. Die dritte Reinigungsfunktion ist damit gegenüber der ersten und zweiten Reinigungsfunktion nachrangig. Beispielsweise wird die dritte Reinigungsfunktion mit einer geringeren Frequenz durchgeführt als die erste und/oder zweite Reinigungsfunktion.
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In einem Beispiel wird der Fahrtwind zur zusätzlichen oder alleinigen Reinigung der Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 genutzt. So wird konstruktiv, simulativ oder durch Applikation auf der Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 ein gedachter Windpfades 122 ermittelt. Trifft Fahrtwind 152 auf die Oberfläche der Abdeckscheibe 104, so bewegen sich Tropfen der Reinigungsflüssigkeit entlang des Windpfades 122. Die Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 ist entlang des Windpfades 122 nach der Oberfläche des ersten Abschnitts 110 angeordnet, womit die Reinigungsflüssigkeit, die sich nach der Durchführung der ersten Reinigungsfunktion auf der Oberfläche des ersten Abschnitts 110 befindet, durch den Fahrtwind auf die Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 bewegt. Hierdurch wird die nachrangige zweite Reinigungsfunktion in passiver Form realisiert.
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Im gezeigten Beispiel ist die Oberfläche des zweiten Abschnitts 112 größer als die Oberfläche des ersten Abschnitts 110. Dadurch wird die Reinigungseffizienz für die vorrangig abzureinigende Oberfläche des ersten Abschnitts 110 verbessert. Diese Oberflächenreduktion wird beispielsweise dadurch erreicht, dass ein Abstand zwischen der Laserlichtquelle 130 und der Oberfläche des ersten Abschnitts 110 verringert wird, insbesondere kleiner ist als ein Abstand zwischen dem Lidarsensor 140 und der Oberfläche des zweiten Abschnitts 112.
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Die Oberflächen des ersten und des zweiten Abschnitts 110, 112 können sich selbstverständlich auch wenigstens abschnittsweise überlagern. Die optischen Pfade 160, 162 der Laserlichtquelle 130 und des Lidarsensors 140 bzw. die jeweiligen Strahlquerschnitte sind im gezeigten Beispiel getrennt, können konstruktiv, beispielsweise durch einen Strahlteiler bedingt, aber auch abschnittsweise zusammenfallen.
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Zur Enttauung der Abdeckscheibe 104 werden elektrische Leiterbahnen in die Abdeckscheibe 104 eingebracht, wobei der zweite Abschnitt 112 die Leiterbahnen aufweisen kann, der erste Abschnitt 110 jedoch leiterbahnenfrei ist.
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Ein Steuergerät 150 für die optische Einrichtung (100) des Kraftfahrzeugs umfasst wenigstens einen Prozessor und einen Speicher. Auf dem Speicher ist ein Computerprogramm abgespeichert ist, welches bei Ausführung auf dem Prozessor das Verfahren gemäß der 2 ausführt. Hierzu erzeugt das Steuergerät 150 wenigstens ein Signal 151, das wenigstens der Pumpe 118 und in nicht gezeigter Form der Pumpe 119 zugeführt wird.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm. Ein Schritt 202 umfasst ein Abstrahlen von Laserlichtpulsen durch den ersten Abschnitt der Abdeckscheibe hindurch mittels der Laserlichtquelle des Lidarmoduls. Ein Schritt 204 umfasst ein Empfangen von durch den zweiten Abschnitt der Abdeckscheibe in die optische Einrichtung eintretendem Licht mittels des Lidarsensors des Lidarmoduls. Ein Schritt 206 umfasst das Abreinigen der äußeren Oberfläche des ersten Abschnitts gemäß der ersten Reinigungsfunktion mittels der Reinigungsvorrichtung. Ein Schritt 208 umfasst das Abreinigen der äußeren Oberfläche des zweiten Abschnitts gemäß der zweiten, der ersten Reinigungsfunktion nachrangigen Reinigungsfunktion mittels der Reinigungsvorrichtung.
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3 zeigt die schematisch dargestellte Reinigungsvorrichtung 114. In diesem Beispiel umfasst die Reinigungsvorrichtung 114 lediglich die eine Pumpe 118 und die eine Abgabeeinheit 120. Die Oberfläche des zweiten Abschnitts wird, wie oben erläutert, passiv gereinigt.
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In einem weiteren Beispiel ist die Abgabeeinheit 120 beweglich ausgebildet. So ist ein Antrieb vorgesehen, welcher die Abgabeeinheit 120 so bewegt, dass sie entweder auf die Oberfläche des ersten Abschnitts oder die Oberfläche des zweiten Abschnitts gerichtet ist.
