DE102020121456A1

DE102020121456A1 - Reinigungsvorrichtung für einen Sensor mit einer Kolbenpumpenanordnung

Info

Publication number: DE102020121456A1
Application number: DE102020121456.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Bialetzki; Florian Frank; Stephan Schachtl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-02-25

Abstract

Eine Reinigungsvorrichtung für einen an oder in einem Fahrzeug verbauten Sensor mit einer Kolbenpumpenanordnung, die zumindest zwei Funktionsräume aufweist, welche alternierend zumindest einen Kompressionsraum und zumindest einen Saugraum bilden, wobei die Kolbenpumpenanordnung zumindest eine Kolbenpumpe mit zumindest einem Zylinder aufweist, in dem ein Kolben entlang einer Zylinderachse reziprozierend bewegbar angeordnet ist, und mit einer dem Sensor zugeordneten Düsenanordnung, die mit den Funktionsräumen in Fluidverbindung bringbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die eine Antriebseinrichtung für den jeweiligen Kolben derart steuert, dass in Abhängigkeit vom Sensor das für einen Spritzvorgang erforderliche Reinigungsvolumen prognostiziert wird, dass die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens im zugeordneten Zylinder das im zugeordneten Funktionsraum vorhandene Fluidvolumen ermittelt und dass durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung jener Funktionsraum zum Kompressionsraum wird, dessen vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für einen an oder in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verbauten Sensor mit einer Kolbenpumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit zumindest einer derartigen Reinigungsvorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Reinigung eines Sensors an einem Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Für das hochautomatisierte bzw. vollautomatisierte Fahren sind diverse Sensoren an unterschiedlichen Positionen am Fahrzeug erforderlich. Diese Sensoren verfügen jeweils über eine Verschmutzungserkennung, die einen nicht vom Fahrer initiierten, sondern automatischen Reinigungsvorgang auslöst. Die Reinigung erfolgt durch eine Reinigungsflüssigkeit, welche mittels hohen Drucks durch eine Düse auf die Sensoroberfläche gespritzt wird. Die Förderung und der Druckaufbau für das Reinigungsmittel erfolgen durch eine Pumpe. Aktuell werden für derartige Reinigungsvorgänge als Standard üblicherweise Flügelradpumpen eingesetzt. Diese Standardpumpen erfüllen allerdings die Anforderungen für künftige Fahrzeuge hinsichtlich Druckaufbauzeit, Druckhöhe, Fördermenge und Akustik nicht. Insbesondere der Zeitraum der Nichteinsatzfähigkeit des Sensors während des Reinigungsvorgangs ist auf das allernotwendigste Minimum zu reduzieren, was für die Reinigung von Sensoren bedeutsam ist, die für das autonome Fahren eines Fahrzeugs erforderlich sind.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 26 52 595 A1 ist eine als Kolbenpumpe ausgestaltete elektromagnetische Scheibenwaschpumpe für die Scheibenwaschanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der ein in einem Pumpenzylinder axial bewegbarer Kolben von einem den Zylinder umgebenden Elektromagneten reziprozierend bewegbar ist.
Aus der DE 100 45 907 A1 ist eine Doppelkammer-Hydraulikpumpen-Anordnung einer Kunststoff-Spritzgießmaschine bekannt, die zwei von einem Antriebsmotor über jeweils eine Spindel angetriebene Kolben-Zylinder-Einheiten aufweist, die eine gemeinsame Achse aufweisen. Jede der Kolben-Zylinder-Einheiten weist auf der Vorderseite und auf der Rückseite ihres Kolbens jeweils einen Kompressionsraum auf. Eine Doppelkammer-Hydraulikpumpe mit einer einzelnen derartigen Kolben-Zylinder-Einheit ist auch aus der AT 400 941 A bekannt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hinsichtlich des Ansprechverhaltens und der zeitlichen Minimierung des Reinigungsvorgangs verbesserte Reinigungsvorrichtung mit einer Kolbenpumpenanordnung zur Reinigung eines an oder in einem Fahrzeug vorgesehenen Sensors anzugeben, die einen schnellen Druckaufbau bei ausreichendem Volumenstrom ermöglichen, um schnell und ohne größere Verzögerung eine Reinigung eines Sensors an einem Fahrzeug zu ermöglichen. Zudem sollte auch ein verbessertes Verfahren zur Reinigung eines Sensors an einem Fahrzeug angegeben werden.
Der auf die Reinigungsvorrichtung gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine Reinigungsvorrichtung für einen an oder in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verbauten Sensor mit einer Kolbenpumpenanordnung, die zumindest zwei Funktionsräume aufweist, welche alternierend zumindest einen Kompressionsraum und zumindest einen Saugraum bilden, wobei die Kolbenpumpenanordnung zumindest eine Kolbenpumpe mit zumindest einem Zylinder aufweist, in dem ein Kolben entlang einer Zylinderachse reziprozierend bewegbar angeordnet ist, und mit einer dem Sensor zugeordneten Düsenanordnung, die mit den Funktionsräumen in Fluidverbindung bringbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die eine Antriebseinrichtung für den jeweiligen Kolben derart steuert, dass in Abhängigkeit vom Sensor das für einen Spritzvorgang erforderliche Reinigungsvolumen prognostiziert wird, dass die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens im zugeordneten Zylinder das im zugeordneten Funktionsraum vorhandene Fluidvolumen ermittelt und dass durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung jener Funktionsraum zum Kompressionsraum wird, dessen vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen.
VORTEILE
Diese erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung mit der besonderen Kolbenpumpenanordnung, die zumindest zwei Funktionsräume aufweist, welche alternierend zumindest einen Kompressionsraum und zumindest einen Saugraum bilden, und bei der eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die die Antriebseinrichtung für den jeweiligen Kolben derart steuert, dass in Abhängigkeit vom Sensor das für einen Spritzvorgang erforderliche Reinigungsvolumen prognostiziert wird, dass die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens im zugeordneten Zylinder das im zugeordneten Funktionsraum vorhandene Fluidvolumen ermittelt, und dass durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung jener Funktionsraum zum Kompressionsraum wird, dessen vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen, ermöglicht es, dass nahezu stets ein jeweiliger Reinigungsvorgang ohne Umschaltung zwischen zwei Druckräumen, also ohne Umkehrung der Bewegungsrichtung des Kolbens, durchgeführt werden kann, wodurch der Reinigungsvorgang zusätzlich beschleunigt wird und die reinigungsbedingte Inaktivitätszeit des Sensors weiter minimiert wird. Zudem wird dadurch ein bei der Richtungsumkehr des Kolbens auftretender kurzer Druckabfall innerhalb eines Reinigungsvorgangs vermieden.
Über beispielsweise eine Hall-Sensorik kann die aktuelle Stellung der Kolben im Zylinder beziehungsweise in den Zylindern ermittelt werden. Dadurch ist auch das aktuell zur Verfügung stehende Volumen in den Funktionsräumen des/der Zylinder bekannt. Mit der Reinigungsanforderung an das System werden die benötigte Fluidmenge sowie das Druckmuster vorgegeben. In der Folge kann dann jene Verfahrrichtung des Kolbens angesteuert werden, die den angeforderten Reinigungsvorgang ohne Kolbenumkehr bedienen kann.
Um das vorzuhaltende Volumen pro Funktionsraum zu minimieren und damit die Pumpe kleiner gestalten zu können kann auch vorgesehen sein, dass der Kolben nach jedem Reinigungsvorgang automatisch in eine Grundstellung gefahren wird, die das maximale Volumen im Funktionsraum für den nächsten Reinigungsvorgang zur Verfügung stellt.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 13.
Vorzugsweise bildet der Innenraum des Zylinders zumindest einen der Funktionsräume aus, der von der Innenumfangswand des Zylinders, einer radialen Stirnwand) des Zylinders und einer Stirnwand des Kolbens begrenzt ist.
Von Vorteil ist es auch, wenn der Zylinder zumindest einen jeweiligen Fluidweg aufweist, der in den Funktionsraum mündet und der mit zumindest einer Saugleitung und/oder Druckleitung verbunden oder verbindbar ist, und wenn in dem zumindest einen Fluidweg oder in zumindest einer daran angeschlossenen Fluidleitung jeweils zumindest ein Ventil vorgesehen ist.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht die dem Sensor zugeordnete Düsenanordnung über eine Druckleitung mit dem zumindest einen Funktionsraum des zumindest einen Zylinders der Kolbenpumpe in Fluidverbindung, wobei zumindest ein Fluid-Vorratsbehälter vorgesehen ist, der über eine Saugleitung mit dem zumindest einen Funktionsraum des zumindest einen Zylinders der Kolbenpumpe in Fluidverbindung steht,
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, ist der Kolben mit einer als Spindel mit einem Spindelgewinde ausgebildeten Kolbenstange gekoppelt, die sich entlang der Zylinderachse oder parallel dazu erstreckt und die von einer als Spindelantrieb ausgebildeten Antriebseinrichtung zur axialen Bewegung linear antreibbar ist. Die Fluidförderung durch einen sich translatorisch bewegenden Kolben mit einem solchen Spindelantrieb ermöglicht, insbesondere wenn als Antriebsmotor ein schnell anlaufender Elektromotor vorgesehen ist, einen sofortigen, nahezu schlagartigen Druckaufbau, wodurch ein schneller Reinigungsbeginn mit vollem Arbeitsdruck ermöglicht wird. Die Fördermenge wird über die Kolbengeschwindigkeit und den Kolbenbeziehungsweise den Zylinderbohrungsdurchmesser eingestellt. Bei einer Auslegung der Antriebsvorrichtung mit niedrigen Drehzahlen der Spindel und der Spindelmutter kann ein gutes akustisches Verhalten sowohl im Luft- als auch im Körperschall erreicht werden; die Kolbenpumpe läuft sehr leise. Systembedingt ist die Kolbenpumpe in der Lage, Fluid anzusaugen ohne damit vorbefüllt zu sein.
In einer solchen erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung baut sich der an der Düsenanordnung anstehende Förderdruck - bei einer vorbefüllten und drucksteifen Fluidverbindung - nahezu verzögerungsfrei auf.
Bei einer ersten Variante weist die Antriebseinrichtung der Kolbenpumpe einen Antriebsmotor auf, der zur Rotationsbeaufschlagung mit der Spindel gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Kolben als Spindelmutter ausgebildet ist oder eine Spindelmutter aufweist, deren Gewinde im Gewindeeingriff mit dem Spindelgewinde steht oder bringbar ist. Diese Ausführungsform umfasst eine geringe Anzahl von Bauteilen, da der Kolben selbst als Spindelmutter ausgebildet ist oder mit einer am oder im Kolben vorgesehenen Spindelmutter auf der Spindel läuft. Allerdings ist hier besondere Aufmerksamkeit auf die Abdichtung der Durchführung der Spindel durch den Kolben zu richten, um an dieser Stelle keine Druckverluste zu verursachen.
Alternativ weist die Antriebseinrichtung der Kolbenpumpe eine von einem Antriebsmotor zur Rotation antreibbare Spindelmutter auf, deren Gewinde im Gewindeeingriff mit dem Spindelgewinde steht oder bringbar ist, wobei die Spindel mit dem zumindest einen Kolben, vorzugsweise drehfest, verbunden ist. Bei dieser Variante wird der Kolben von der Spindel nicht durchdrungen, weshalb an dieser Stelle kein Leckagerisiko besteht. Die Spindel kann mit dem Kolben fest verbunden sein oder sie kann im oder am Kolben axialfest und drehbar oder drehfest gelagert sein.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die mit anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, ist der Innenraum des Zylinders der Kolbenpumpe vom Kolben in einen ersten Funktionsraum und einen zweiten Funktionsraum unterteilt, wobei die Funktionsräume beiderseits des Kolbens liegen, und wobei Fluidwege in der Wandung des Zylinders vorgesehen sind, die in die Funktionsräume münden und die mit Saugleitungen und/oder Druckleitungen verbunden oder verbindbar sind. Bei dieser Ausführungsform ist beiderseits des Kolbens ein Funktionsraum in der Zylinderbohrung vorgesehen, der je nach Bewegungsrichtung des Kolbens zu einem Saugraum oder zu einem Druckraum wird. Auf diese Weise kann die Kolbenpumpe ununterbrochen Druck liefern. Der Kolben ist hierbei beidseitig vom zu fördernden Fluid umgeben und oszilliert, wodurch Druck- und Saugseite sich permanent abwechseln. Durch entsprechend angeordnete Rückschlagventile wird eine einheitliche Förderrichtung erzielt. Die Fluidförderung während eines Reinigungsvorganges kann über einen einzigen Kolbenhub in einer Richtung oder über mehrere oszillierende Hübe erfolgen, da die Förderung in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens erfolgt.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn jedem Funktionsraum ein Druckspeicher zugeordnet ist, der in Fluidverbindung mit dem Funktionsraum steht. Das Vorsehen eines solchen Druckspeichers unterbindet den Druckabfall, der ansonsten bei einer eventuell notwendigen Richtungsumkehr der Kolbenbewegung auftreten würde.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Druckspeicher als Kolben-Zylinder-Einheit mit einem von der Kraft einer Feder beaufschlagten Druckspeicherkolben ausgebildet ist und einen Druckspeicherraum aufweist, der einseitig von der Stirnfläche des Druckspeicherkolbens, begrenzt ist und dessen Volumen von der Kraft der Feder komprimiert wird.
Anstelle eines separaten Druckspeichers können auch die Druckleitungen mit gezielt ausgelegten elastischen Wandungen ausgebildet sein.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Kolbenpumpe zumindest zwei Zylinder auf, in denen jeweils ein Kolben entlang der jeweiligen Zylinderachse reziprozierend bewegbar angeordnet ist, wobei die Kolbenstange des jeweiligen Kolbens eine jeweilige Spindel bildet, und bei der die Kolben von zumindest einer als Spindelantrieb ausgebildeten Antriebseinrichtung, vorzugsweise einer gemeinsamen Antriebseinrichtung, gleichläufig oder gegenläufig synchron zur reziprozierenden Axialbewegung antreibbar sind. Bei dieser alternativen Ausführungsform sind also zumindest zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen, deren jeweiliger Kolben von einer diesem Kolben zugeordneten Spindel angetrieben wird. Die zumindest zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen können daher beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein, wobei die den jeweiligen Kolben zugeordneten Spindeln von einer gemeinsamen Antriebseinrichtung derart über ein Getriebe angetrieben sein können, dass sich stets zumindest eine der Kolben-Zylinder-Anordnungen in ihrer Kompressionsphase befindet.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Kolbenpumpe zumindest zwei Zylinder mit einer gemeinsamen Zylinderachse auf, in denen jeweils ein Kolben entlang der Zylinderachse reziprozierend bewegbar angeordnet ist, wobei die Kolben mit einer gemeinsamen Kolbenstange gekoppelt sind, die eine Spindel bildet, und bei der die Kolben von zumindest einer als Spindelantrieb ausgebildeten gemeinsamen Antriebseinrichtung gegenläufig synchron zur reziprozierenden Axialbewegung antreibbar sind. Diese Ausführungsform ähnelt der oben beschriebenen Ausführungsform mit zwei Funktionsräumen in einer einzigen Kolben-Zylinder-Anordnung, allerdings sind bei dieser alternativen Ausführungsform zumindest zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen, deren Kolben von einer gemeinsamen Spindel angetrieben werden.
Bei der Kolbenpumpenanordnung ist in dem zumindest einen Fluidweg oder in zumindest einer daran angeschlossenen Fluidleitung jeweils zumindest ein Ventil vorgesehen. Dies ermöglicht es, die jeweilige Kolben-Zylinder-Anordnung, also die jeweilige Kolbenpumpe, schnell zwischen dem Saugbetrieb und dem Druckbetrieb umzuschalten. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der zumindest eine Fluidweg oder die zumindest eine daran angeschlossene Fluidleitung über ein erstes, vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildetes, Ventil mit einer Saugleitung und über ein zweites, vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildetes, Ventil mit einer Druckleitung in Fluidverbindung steht. Die Verwendung von Rückschlagventilen ermöglicht eine automatische Umschaltung zwischen dem Saugbetrieb und dem Druckbetrieb sowie zwischen dem Druckbetrieb und dem Saugbetrieb ohne dass es eines aktiven Schaltens der Ventile bedarf. Allein die Drucksituation im jeweiligen Funktionsraum aktiviert die angeschlossenen Rückschlagventile und bringt diese in ihre geöffnete oder geschlossene Stellung.
Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung. Eine Reinigungsvorrichtung kann mit einer umschaltbaren Ventilanordnung versehen sein, an die eine Mehrzahl von Fluid-Druckleitungen angeschlossen ist, die jeweils zu einer einem jeweiligen Sensor zugeordneten Düsenanordnung führen. Es können zudem in einem Fahrzeug mehrere erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtungen vorgesehen sein.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Reinigung eines Sensors eines Fahrzeugs mittels einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung gerichtet. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:

- Prognostizieren eines für einen Spritzvorgang zur Reinigung des Sensors erforderlichen Reinigungsvolumens in Abhängigkeit von der Art des Sensors,
- Ermitteln des im zugeordneten Funktionsraum vorhandenen Fluidvolumens in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens im zugeordneten Zylinder und
- Ansteuern der Antriebseinrichtung derart, dass jener Funktionsraum zum Kompressionsraum wird, dessen vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen.

Mit diesem Verfahren werden die Vorteile erzielt, die oben bereits in Bezug auf die Reinigungsvorrichtung dargelegt worden sind.
Vorzugsweise weist die Antriebseinrichtung einen Antriebsmotor auf, der zur Rotationsbeaufschlagung mit der Spindel gekoppelt ist und bei der der Kolben als Spindelmutter ausgebildet ist oder eine Spindelmutter aufweist, deren Gewinde im Gewindeeingriff mit dem Spindelgewinde steht oder bringbar ist. Dieser Aufbau ist zwar einfach realisierbar, aber im Hinblick auf die Spindeldurchführung durch den Kolben nachteilig, da sich diese Spindeldurchführung schlecht abdichten lässt, wodurch Druck aus dem in Kompressionsrichtung vor dem Kolben gelegenen Druckraum entweichen kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung eine von einem Antriebsmotor zur Rotation antreibbare Spindelmutter aufweist, deren Gewinde im Gewindeeingriff mit dem Spindelgewinde steht oder bringbar ist und dass die Spindel mit dem Kolben, vorzugsweise drehfest, verbunden ist. Diese translatorische Bewegung wird vorzugsweise über eine Spindel und einer Motor-Getriebe-Einheit erzeugt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Figurenliste
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe;
2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe;
3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit einer Kolbenpumpenanordnung aus zwei einander gegenüber liegenden erfindungsgemäßen Kolbenpumpen der zweiten Variante;
4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit einer Kolbenpumpenanordnung aus zwei einander gegenüber liegenden erfindungsgemäßen Kolbenpumpen der ersten Variante;
5 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit einer Kolbenpumpenanordnung aus zwei parallel nebeneinander liegenden erfindungsgemäßen Kolbenpumpen und
6 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit einer Kolbenpumpenanordnung aus zwei einander gegenüber liegenden Kolbenpumpen, die jeweils nur als Einkammer-Kolbenpumpen ausgebildet sind und jeweils einen Druckspeicher aufweisen.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt eine Reinigungsvorrichtung 1 für einen Sensor S eines Kraftfahrzeugs F. Im gezeigten Beispiel ist der Sensor S von einem an der Fahrzeugfront vorgesehenen Radar-Abstandssensor gebildet, was jedoch nur beispielhaft zu verstehen ist. Der Sensor kann ebensogut ein UltraschallSensor, ein LIDAR-Sensor, ein Laser-Sensor oder eine optische Kamera sein. Die Art des Sensors ist für die Erfindung unerheblich. Der Sensor kann selbstverständlich auch an einer beliebigen anderen Stelle außen am Fahrzeug vorgesehen sein.
Die Reinigungsvorrichtung 1 ist in 1 und den folgenden Figuren lediglich schematisch dargestellt; es ist selbstverständlich, dass die Reinigungsvorrichtung 1 in das Kraftfahrzeug F integriert ist. Die Reinigungsvorrichtung 1 weist eine Kolbenpumpenanordnung 2, einen Vorratsbehälter 10 für ein Reinigungsfluid 11 und eine Düsenanordnung 17 mit zumindest einer Düse 17' auf. Die Düsenanordnung 17 ist in unmittelbarer Nähe vor oder schräg vor dem zu reinigenden Sensor S angeordnet oder dorthin bewegbar, so dass ihr Sprühstrahl 18 auf den Sensor S gerichtet ist.
Die Kolbenpumpenanordnung 2 der 1 weist eine Kolbenpumpe 20 auf, die im gezeigten Beispiel von einer Zweikammer-Kolbenpumpe mit einem Zylinder 22 mit einem entlang der Zylinderachse X reziprozierend bewegbaren Kolben 24 gebildet ist. Der Kolben 24 ist mit einer Kolbenstange 26 gekoppelt, die als Spindel 26' ausgebildet und dazu an ihrem Außenumfang mit einem Spindelgewinde 26" versehen ist. Die Spindel 26' ist koaxial zur Zylinderachse X im Zylinder 22 angeordnet und in einer ersten, vorderen Stirnwand 22' des Zylinders 22 in einer dortigen Sackloch-Ausnehmung 23 mittels eines Drehlagers 23' drehbar gelagert. An der von der ersten, vorderen Stirnwand 22' abgewandten zweiten, hinteren Stirnwand 22", am anderen axialen Ende des Zylinders 22, tritt die Spindel 26' durch eine mit einer Radialdichtung 25' versehene Durchtrittsöffnung 25 aus dem Zylinder 22 in Axialrichtung heraus. Eine außerhalb des Zylinders 22 gelegene und von einer Steuerungseinrichtung 30 gesteuerte Antriebseinrichtung 28 mit einem Antriebsmotor 28' ist als Spindelantrieb ausgebildet, um die Spindel 26' in Drehung um die mit der Zylinderachse X koaxiale Spindelachse X' zu versetzen.
Der Kolben 24 ist mit einer zentralen Gewindebohrung 24' versehen, durch die die Spindelwelle 26' hindurchtritt, wobei das Gewinde der Gewindebohrung 24' mit dem Spindelgewinde 26" der Spindel 26' in Gewindeeingriff steht. Eine Rotation der bezüglich des Zylinders 22 axial festgelegten Spindel 26' bewirkt dadurch eine Bewegung des Kolbens 24 entlang der Zylinderachse X je nach Drehrichtung der von der Antriebseinrichtung 28 rotationsbeaufschlagten Spindel 26' (Rotationspfeil D) im Zylinder 22 von der Antriebseinrichtung 28 weg oder zu dieser hin, wie durch den Doppelpfeil P in 1 symbolisch dargestellt ist. Die Reibung zwischen dem Außenumfang des Kolbens 24 und der Innenumfangsfläche 22''' des Zylinders 22 verhindert weitgehend ein Mitdrehen des Kolbens 24. Zur sicheren Vermeidung des Mitdrehens des Kolbens 24 kann dieser im Zylinder 22 auch axial verschiebbar aber drehfest geführt sein.
Im Inneren des Zylinders 22 ist vor und hinter dem Kolben 24 jeweils ein Zylinderraum ausgebildet, der jeweils einen Funktionsraum 27, 29 des Zylinders 22 bildet. Der von der Antriebseinrichtung 28 abgewandte, vordere Funktionsraum 27 ist begrenzt von der von der Antriebseinrichtung 28 abgewandten vorderen Stirnwand 24" des Kolbens 24, der vorderen Stirnwand 22' des Zylinders 22 und der Innenumfangswand 22''' des Zylinders 22. Der der Antriebseinrichtung 28 zugewandte Funktionsraum 29 ist begrenzt durch die der Antriebseinrichtung 28 zugewandten hintere Stirnwand 24''' des Kolbens 24, die hintere Stirnwand 22" des Zylinders 22 und die Innenumfangswand 22''' des Zylinders 22.
Setzt der Antriebsmotor 28' die Spindel 26' derart in Rotation, dass sich der Kolben 24 nach vorne (in 1 nach links) bewegt, so wird der vordere Funktionsraum 27 zu einem Kompressionsraum, in dem der Druck des im vorderen Funktionsraum 27 befindlichen Fluids ansteigt, und der hintere Funktionsraum 29 wird zu einem Saugraum, in welchem der Druck des darin enthaltenen Fluids abnimmt und somit ein Unterdruck entsteht. Dieser Unterdruck saugt durch einen ersten hinteren Fluidweg 12, in dem ein Rückschlagventil 12' vorgesehen ist und der den hinteren Funktionsraum 29 über eine Saugleitung 19 mit dem Vorratsbehälter 10 für das Fluid 11 verbindet, Fluid an, welches daraufhin in den hinteren Funktionsraum 29 eintritt. Das Rückschlagventil 12' lässt dabei nur eine Fluidströmung aus dem Vorratsbehälter 10 in den hinteren Funktionsraum 29 zu, wie es durch den neben dem Rückschlagventil 12' dargestellten Pfeil symbolisiert ist.
Auch der vordere Funktionsraum 27 ist über einen gleichartigen ersten vorderen Fluidweg 13 über eine Saugleitung 19' mit dem Inneren des Vorratsbehälters 10 verbunden, wobei auch im ersten vorderen Fluidweg 13 ein Rückschlagventil 13' analog dem Rückschlagventil 12' vorgesehen ist.
Durch den Druckanstieg im vorderen Funktionsraum 27 bei der beschriebenen Bewegung des Kolbens 24 von der Antriebseinrichtung 28 weg (in 1 nach links) wird das im vorderen Funktionsraum 27 befindliche Fluid durch einen zweiten vorderen Fluidweg 14, in dem ebenfalls ein Rückschlagventil 14' vorgesehen ist, aus dem vorderen Funktionsraum 27 herausgedrückt. Auch hier ist die Strömungsrichtung des Rückschlagventils 14' durch einen neben dem Ventil dargestellten Pfeil symbolisch angegeben. In gleicher Weise ist ein zweiter hinterer Fluidweg 15 mit dem hinteren Funktionsraum 29 verbunden. Auch in diesem zweiten hinteren Fluidweg 15 ist in gleicher Weise wie beim zweiten vorderen Fluidweg 14 ein Rückschlagventil 15' vorgesehen, dessen aus dem hinteren Funktionsraum 29 heraus weisende Strömungsrichtung ebenfalls durch einen Pfeil neben dem Rückschlagventil 15' symbolisch dargestellt ist.
Der zweite vordere Fluidweg 14 und der zweite hintere Fluidweg 15 münden hinter ihrem jeweiligen Rückschlagventil 14', 15' in eine Druckleitung 16, die zur Düsenanordnung 17 führt. Auf diese Weise gelangt das aus dem jeweiligen Funktionsraum 27 beziehungsweise 29 unter Druck austretende Druckfluid durch die Druckleitung 16 zur Düsenanordnung 17 und wird dort als Sprühstrahl 18 auf den Sensor S gesprüht.
Ist der Kolben 24 an seiner vorderen (in 1 linken) Endstellung (in 1 gestrichelt dargestellt) angekommen, kehrt der Antriebsmotor 28' seine Drehrichtung um und der Kolben 24 bewegt sich zurück (in 1 nach rechts) so dass jetzt der vordere Funktionsraum 27 zum Saugraum wird und das Fluid 11 durch den vorderen ersten Fluidweg 13 und das darin vorgesehene Rückschlagventil 13' aus dem Vorratsbehälter 10 angesaugt wird. Gleichzeitig wird das im hinteren Funktionsraum 29 befindliche Fluid unter Druck gesetzt und tritt aus dem zweiten hinteren Fluidweg 15 in die Druckleitung 16 aus. Hat der Kolben 24 dann seine hintere Endstellung (in 1 ebenfalls gestrichelt gezeigt) erreicht, so wird die Drehrichtung des Antriebsmotors 28' wiederum umgekehrt. Auf diese Weise kann die Kolbenpumpe 2 nahezu unterbrechungsfrei Fluid 11 unter Druck in die Druckleitung 16 und damit zur Düse 17 fördern.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 101 gezeigt, die prinzipiell so ausgebaut ist wie die in 1 beschriebene Reinigungsvorrichtung 1, wobei allerdings die Kolbenpumpenanordnung 102 geringfügig abgewandelt ist. Die übrigen Komponenten der Reinigungsvorrichtung 101 entsprechen denen der in 1 gezeigten Reinigungsvorrichtung, so dass diese im Beispiel der 2 nicht erneut beschrieben sind; es gelten insoweit die Ausführungen zur 1.
Die Kolbenpumpenanordnung 102 weist eine Kolbenpumpe 120 mit einem Zylinder 122 auf, der im Grundsatz so aufgebaut ist wie der Zylinder 20 des Beispiels der 1. Lediglich die vordere Stirnwand 122' weist keine Sackloch-Ausnehmung für die Spindel auf. Der Kolben 124 der Kolbenpumpe 120 ist axialfest und vorzugsweise auch drehfest mit der Kolbenstange 126 verbunden, die - wie im Beispiel der 1 - aus der hinteren Stirnwand 122" des Zylinders 122 durch eine mit einer Radialdichtung 125' versehene Durchtrittsöffnung 125 herausgeführt ist. Die Kolbenstange 126 ist in einem vom Kolben 124 abgewandten Abschnitt als Spindel 126' mit einem am Außenumfang vorgesehenen Spindelgewinde 126" ausgebildet. Außerhalb des Zylinders 122 ist eine von einer Steuerungseinrichtung 130 gesteuerte Antriebseinrichtung 128 mit einem Antriebsmotor 128' vorgesehen, durch die die Spindel 126' hindurchtritt. Die Antriebseinrichtung 128 ist mit einer vom Antriebsmotor 128' zur Rotation antreibbaren Spindelmutter 128" ausgestattet, die mit einem Innengewinde versehen ist, welches in das außen an der Spindel 126' vorgesehene Spindelgewinde 126" eingreift. Durch entsprechende Rotation der Spindelmutter 128" kann somit die Spindel 126' und mit ihr die Kolbenstange 126 mit dem daran angebrachten Kolben 124 entlang der Spindelachse X' im Zylinder 122 axial hin und her verfahren werden, wie durch den Doppelpfeil P' in 2 symbolisch dargestellt ist. Auch bei der Kolbenpumpe 120 des in 2 dargestellten Beispiels sind auf beiden axialen Seiten des Kolbens 124 Funktionsräume 127, 129 ausgebildet, die wie im Beispiel der 1 abwechselnd unter Druck gesetzt werden, so dass die Funktionsweise der in 2 gezeigten Kolbenpumpe 120 der Funktionsweise der Kolbenpumpe 20 aus dem Beispiel der 1 entspricht.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 201 für einen in einem Fahrzeug F verbauten Sensor S mit einer Kolbenpumpenanordnung 202, die zwei koaxial hintereinander angeordnete Kolbenpumpen 220, 220' aufweist. Die Kolbenpumpen 220, 220' sind jeweils so aufgebaut wie die Kolbenpumpe 120, die in Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 2 beschrieben worden ist. Bezüglich des Aufbaus der jeweiligen Kolbenpumpe 220, 220' wird daher auf die Beschreibung der Kolbenpumpe 120 verwiesen. Die erste (in 3 linke) Kolbenpumpe 220 entspricht dabei unmittelbar der Kolbenpumpe 120 aus 2, wohingegen die zweite (in 3 rechte) Kolbenpumpe 220' spiegelverkehrt dazu angeordnet ist.
Die Zylinder 222, 222' der jeweiligen Kolbenpumpe 220, 220' liegen dabei auf einer gemeinsamen Zylinderachse X. Daher liegen die Durchtrittsöffnungen 225, 225' einander gegenüber, sind jedoch in Axialrichtung voneinander beabstandet.
In jedem Zylinder 222, 222' ist ein Kolben 224, 224' in Axialrichtung verschiebbar aufgenommen. Die beiden Kolben 224, 224' sind über eine gemeinsame Kolbenstange 226 miteinander verbunden. Die Länge der gemeinsamen Kolbenstange 226 ist dabei so bemessen, dass sie die Kolben miteinander verbindet, wenn sich beide Kolben 224, 224' im zugeordneten Zylinder 222, 222' in ihrer axialen Mittelstellung Z, Z' befinden.
Die Kolbenstange 226 ist an ihrem jeweiligen axialen Ende mit einem der Kolben 224, 224' axialfest und vorzugsweise drehfest verbunden und in ihrem mittleren Abschnitt als Spindel 226' mit einem Spindelgewinde 226" an ihrem Außenumfang ausgebildet.
Eine mit einem von einer Steuerungseinrichtung 230 gesteuerten Antriebsmotor 228' versehene Antriebseinrichtung 228, die von ihrem Aufbau her der Antriebseinrichtung 128 des Beispiels aus 2 entspricht und eine vom Antriebsmotor 228' drehbeaufschlagbare Spindelmutter 228" aufweist, ist zwischen den beiden Zylindern 222, 222' angeordnet. Die Spindel 226' durchdringt die Spindelmutter 228" der Antriebseinrichtung 228, wobei das Innengewinde der Spindelmutter 228" mit dem Spindelgewinde 226" im Gewindeeingriff steht.
Wird die Spindel 226' vom Antriebsmotor 228' in eine erste Drehrichtung in Rotation versetzt, so bewegen sich die Kolben 224, 224' synchron in eine gemeinsame Richtung, beispielsweise in 3 nach links. Wird die Spindelmutter 228" vom Antriebsmotor 228' in eine entgegengesetzte, zweite Drehrichtung in Rotation versetzt, so bewegen sich die beiden Kolben 224, 224' synchron in die entgegengesetzte Richtung, was durch den Doppelpfeil P'' in 3 symbolisch dargestellt ist.
Auf diese Weise wird bei einer Bewegung der Kolben in eine erste Richtung (in 3 nach links) der vordere Funktionsraum 227 des ersten Zylinders 222 zu einem Kompressionsraum. Gleichzeitig wird der zur Antriebseinrichtung 128 weisende hintere Funktionsraum 229' des zweiten Zylinders 222' ebenfalls zu einem Kompressionsraum. Das in diesen beiden Kompressionsräumen enthaltene Fluid wird durch die der ersten Kolbenpumpe 220 zugeordnete Druckleitung 216 sowie durch eine der zweite Kolbenpumpe 220' zugeordnete Druckleitung 216' zur Düsenanordnung 17 gefördert, um dort aus der Düse 17' als Sprühstrahl 18 in Richtung auf den Sensor S auszutreten.
Während dieses beschriebenen Kompressionsvorgangs werden die jeweiligen anderen Funktionsräume, der hintere Funktionsraum 229 des ersten Zylinders 222 und der vorderen Funktionsraum 227' des zweiten Zylinders 222' zu Unterdruck- oder Saugräumen, von denen Fluid 11 aus dem Vorratsbehälter 10 durch die Saugleitungen 219, 219', 219" angesaugt wird, wie dies anhand des Beispiels der 2 beschrieben worden ist.
In den mit dem zweiten Zylinder 222' zum Fluidtransport verbundenen Fluidwegen sind in gleicher Weise wie beim ersten Zylinder 222 Rückschlagventile vorgesehen, so dass auf deren Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird. Die Funktion dieser Rückschlagventile sowohl des ersten Zylinders 222 als auch des zweiten Zylinders 222' ist dieselbe wie sie bereits in Verbindung mit 1 beschrieben worden ist.
Eine vierte abgewandelte Variante der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 301 ist in 4 dargestellt. Auch hier sind wie im Beispiel der 3 zwei koaxial hintereinander angeordnete Kolbenpumpen 320, 320' vorgesehen, deren Zylinder 322, 322' auf einer gemeinsamen Zylinderachse X liegen. Die jeweilige Kolbenpumpe 320, 320' entspricht in ihrem Aufbau der Kolbenpumpe aus dem Beispiel der 1, so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus verzichtet und auf die Beschreibung zur 1 verwiesen wird.
Beide Kolbenpumpen 320, 320' besitzen eine gemeinsame Kolbenstange 326, die als Spindel 326' ausgebildet und mit einem Spindelgewinde 326 versehen ist. Die Spindel 326' wird von einer Antriebseinrichtung 328 mit einem Antriebsmotor 328', der von einer Steuerungseinrichtung 330 gesteuert ist, wie im Beispiel der 1 zur Drehung angetrieben. Der Kolben 324 der ersten Kolbenpumpe 320 und der Kolben 324' der zweiten Kolbenpumpe 320' weisen jeweils eine Durchgangsbohrung mit einem Innengewinde auf, welches mit der Spindel 326' im kämmenden Gewindeeingriff steht. Dadurch können sich die Kolben 324, 324' bei einer Rotation der Spindel 326' in einer ersten Drehrichtung synchron in eine erste Axialrichtung im jeweils zugeordneten Funktionsraum 327, 327', 329, 329' bewegen. Auch hier sind die Kolben 324, 324' vorzugsweise gegen Verdrehung im zugeordneten Zylinder 322, 322' gesichert. Bei einer Rotation der Spindel 226' in eine entgegengesetzte Drehrichtung bewegen sich die Kolben 324, 324' in eine zweite, entgegengesetzte Axialrichtung, wie es durch Doppelpfeile in 4 symbolisch dargestellt ist.
Während des Kompressionsvorgangs, in denen der vordere Funktionsraum 327 des erstem Zylinders 322 und der hintere Funktionsraum 329' des zweiten Zylinders 322' zu Druckräumen werden, werden die jeweiligen anderen Funktionsräume, der hintere Funktionsraum 329 des ersten Zylinders 322 und der vorderen Funktionsraum 327' des zweiten Zylinders 322', zu Unterdruck- oder Saugräumen, von denen Fluid 11 aus dem Vorratsbehälter 10 angesaugt wird, wie dies anhand des Beispiels der 1 beschrieben worden ist. Bei einer Drehrichtungsumkehr der Spindel 326' kehren sich diese Verhältnisse um.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 401 ist in 5 schematisch dargestellt. Diese Variante weist zumindest zwei Kolbenpumpen 420, 420' auf, die nebeneinander und parallel zueinander angeordnet sind. Die Kolbenpumpen 420, 420' können wahlweise wie im Beispiel der 1 oder im Beispiel der 2 ausgebildet sein. Anstelle von nur zwei Kolbenpumpen können auch mehrere Kolbenpumpen nebeneinander und parallel zueinander, beispielsweise in einen Kreis, vorgesehen sein.
Die jeweilige Kolbenpumpe 420, 420' weist jeweils eine Antriebseinrichtung 428, 428' auf, die die jeweils als Spindel ausgebildete Kolbenstange 426, 426' zur Drehung antreibt. Die Antriebseinrichtungen 428, 428' sind vorzugsweise miteinander synchronisiert, beispielsweise über eine mechanische oder elektrische/elektronische als Synchronisationssteuerung ausgebildete Steuerungseinrichtung 430, so dass sich die Kolben 424, 424' gleichzeitig parallel zueinander im jeweils zugeordneten Zylinder 422, 422' entlang der zugeordneten Zylinderachse im jeweils zugeordneten Funktionsraum 427, 427', 429, 429' gleichsinnig oder gegensinnig bewegen, sie können aber auch asynchron laufen, so dass jeder Kolben eine individuelle Position entlang der ihm zugordneten Zylinderachse unabhängig von dem oder den anderen Kolben einnimmt.
In 6 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 501 mit einer Kolbenpumpenanordnung 502 gezeigt, die zwei koaxial hintereinander angeordnete Kolbenpumpen 520, 520' aufweist. Die Kolbenpumpen 520, 520' sind einfacher aufgebaut als die Kolbenpumpen der anderen Ausführungsbeispiele. Beide Kolbenpumpen sind nur als einfache Kolben-Zylinder-Einheiten ausgebildet, die jeweils nur einen - von der gemeinsamen Kolbenstange 526 abgewandten - Funktionsraum 527, 527' aufweisen. Die beiden Kolbenpumpen 522, 522' sind somit ebenfalls spiegelverkehrt zueinander angeordnet.
Die Zylinder 522, 522' der jeweiligen Kolbenpumpe 520, 520' liegen dabei auf einer gemeinsamen Zylinderachse X. Daher liegen die bei dieser Ausführungsform keine Fluiddichtung aufweisenden Durchtrittsöffnungen 525, 525' einander gegenüber, sind jedoch in Axialrichtung voneinander beabstandet.
In jedem Zylinder 522, 522' ist ein Kolben 524, 524' in Axialrichtung verschiebbar aufgenommen. Die beiden Kolben 524, 524' sind über die gemeinsame Kolbenstange 526 miteinander verbunden. Die Länge der gemeinsamen Kolbenstange 526 ist dabei so bemessen, dass sie die Kolben miteinander verbindet, wenn sich beide Kolben 524, 524' im zugeordneten Zylinder 522, 522' in ihrer axialen Mittelstellung Z, Z' befinden.
Die Kolbenstange 526 ist an ihrem jeweiligen axialen Ende mit einem der Kolben 524, 524' axialfest und vorzugsweise drehfest verbunden und in ihrem mittleren Abschnitt als Spindel 526' mit einem Spindelgewinde 526" an ihrem Außenumfang ausgebildet.
Eine mit einem von einer Steuerungseinrichtung 530 gesteuerten Antriebsmotor 528' versehene Antriebseinrichtung 528, die von ihrem Aufbau her der Antriebseinrichtung 128 des Beispiels aus 2 entspricht und eine vom Antriebsmotor 528' drehbeaufschlagbare Spindelmutter 528" aufweist, ist zwischen den beiden Zylindern 522, 522' angeordnet. Die Spindel 526' durchdringt die Spindelmutter 528" der Antriebseinrichtung 528, wobei das Innengewinde der Spindelmutter 528" mit dem Spindelgewinde 26" im Gewindeeingriff steht.
Wird die Spindel 526' vom Antriebsmotor 528' in eine erste Drehrichtung in Rotation versetzt, so bewegen sich die Kolben 524, 524' synchron in eine gemeinsame Richtung, beispielsweise in 6 nach links. Wird die Spindelmutter 528" vom Antriebsmotor 528' in eine entgegengesetzte, zweite Drehrichtung in Rotation versetzt, so bewegen sich die beiden Kolben 524, 524' synchron in die entgegengesetzte Richtung, was durch den Doppelpfeil P''' in 6 symbolisch dargestellt ist.
Auf diese Weise wird bei einer Bewegung der Kolben in eine erste Richtung (in 6 nach links) der Funktionsraum 527 des ersten (linken) Zylinders 522 zu einem Kompressionsraum. Gleichzeitig wird der Funktionsraum 227' des zweiten (rechten) Zylinders 522' zu einem Ansaugraum. Während das im Funktionsraum 527 des ersten (linken) Zylinders 522 (Kompressionsraum) enthaltene Fluid durch die der ersten Kolbenpumpe 520 zugeordnete Druckleitung zur Düse 17' gefördert wird, um dort als Sprühstrahl 18 in Richtung auf den Sensor S auszutreten, wird Fluid aus dem Fluidbehälter 10 in den Funktionsraum 527' des zweiten (rechten) Zylinders 522' angesaugt.
Mit jedem der beiden Funktionsräume 527, 527' ist ein Druckspeicherraum 66, 66' eines von einer Kolben-Zylinder-Einheit gebildeten Druckspeichers 6, 6' verbunden. Da die Druckspeicher 6, 6' identisch aufgebaut sind, wird nachstehend nur der Aufbau des dem ersten (linken) Zylinder 522 zugeordneten ersten Druckspeichers 6 beschrieben, wobei die den zweiten Druckspeicher 6' betreffenden Bezugszeichen in Klammern gesetzt sind.
In einem Druckspeicherzylinder 60 (60') des Druckspeichers 6 (6') ist ein von einer Druckfeder 64 (64') in Axialrichtung beaufschlagter Druckspeicherkolben 62 (62') axialverschiebbar angeordnet. Auf der von der Druckfeder 64 (64') abgewandten Seite des Druckspeicherkolbens 62 (62') ist im Druckspeicherzylinder 60 (60') der Druckspeicherraum 66 (66') ausgebildet, der einseitig von der Stirnfläche (63, 63') des Druckspeicherkolbens (62, 62') begrenzt ist und der über einen Verbindungskanal 68 (68') mit dem Funktionsraum 527 (527') des zugeordneten Zylinders 522 (522') in Fluidverbindung steht.
In 6 ist weiterhin ein Bypass 7 gezeigt, der eine mit einem schaltbaren Ventil 70 versehene Bypassleitung 72 aufweist, die von der Düse 17' zurück zum Vorratsbehälter 10 führt. Dieser Bypass 7 ist bei Düsenanordnungen 17 vorgesehen, die eine teleskopisch ausfahrbare Düse aufweisen, die durch den Fluiddruck bei Beginn des Reinigungsvorgangs ausfährt und nach Beendigung des Reinigungsvorgangs federkraftbeaufschlagt wieder in ihre eingezogene Ausgangsposition zurückfährt. Wenn der Druck sich aufbaut wird das Teleskop ausgefahren. Im Endanschlag öffnet ein Ventil die Düse und der Reinigungsvorgang beginnt. Sobald die Pumpe stoppt und der Druck sinkt, schließt das Ventil und das Teleskop wird über eine Rückholfeder wieder eingefahren. Dabei muss das im Teleskop befindliche Fluid wieder zurückfließen können. Dieser Rückstrom darf durch die Pumpe nicht blockiert werden, da das Teleskop ansonsten nicht wieder einfahren kann. Das Ventil 70 wird deshalb von der Steuerungseinrichtung 530 geöffnet, wenn der Reinigungsvorgang beendet ist, so dass das im Teleskop enthaltene Restfluid in den Vorratsbehälter 10 zurückfließen kann. Anstelle der in 6 gezeigten Bypass-Anordnung mit der Bypassleitung 72 kann auch eine definierte Leckage im Kolben der betreffenden Kolbenpumpe vorgesehen sein.
Auch wenn Druckspeicher 6, 6' und der Bypass 7 nur in Verbindung mit der in 6 dargestellten Variante der Kolbenpumpenanordnung 502 gezeigt und beschrieben worden sind, können die Druckspeicher 6, 6' und/oder der Bypass 7 auch bei den anderen Varianten der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein.
Alle vorstehend beschriebenen Varianten der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung lassen sich in einer Weise betreiben, die gewährleistet, dass nahezu stets ein jeweiliger Reinigungsvorgang ohne Umschaltung zwischen zwei Druckräumen durchgeführt werden kann, wodurch der Reinigungsvorgang zusätzlich beschleunigt wird und die reinigungsbedingte Inaktivitätszeit des Sensors weiter minimiert wird, was besonders im autonomen Fahrbetrieb von Vorteil ist. Dabei wird von der jeweiligen Steuerungseinrichtung oder von einem anderen im Fahrzeug vorgesehenen Bordcomputer zunächst ein für einen Spritzvorgang zur Reinigung des Sensors erforderliches Reinigungsvolumen in Abhängigkeit vom Sensor prognostiziert. Die für diese Prognose erforderlichen sensortypischen Daten können einer Datenbank entnommen werden. Zudem werden für diese Prognose die von einer dem Sensor zugeordneten Verschmutzungsgrad-Messeinrichtung gelieferten Daten über den Verschmutzungsgrad herangezogen. Anschließend wird das in den Funktionsräumen der zugeordneten Kolbenpumpe(n) jeweils vorhandene Fluidvolumen in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens im zugeordneten Zylinder ermittelt. Daraufhin wird geprüft, welches der ermittelten Fluidvolumina gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen. Die Steuerungseinrichtung steuert dann die Antriebseinrichtung derart an, dass jener Funktionsraum zum Kompressionsraum wird, dessen noch vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste

1: Reinigungsvorrichtung
2: Kolbenpumpenanordnung
6: Druckspeicher
6': Druckspeicher
7: Bypass
10: Vorratsbehälter
11: Reinigungsfluid
12: Fluidweg
12': Rückschlagventil
13: Fluidweg
13': Rückschlagventil
14: Fluidweg
14': Rückschlagventil
15: Fluidweg
15': Rückschlagventil
16: Druckleitung
17: Düsenanordnung
17': Düse
18: Sprühstrahl
19: Saugleitung
19': Saugleitung
20: Kolbenpumpe
22: Zylinder
22': Stirnwand
22": Stirnwand
22''': Innenumfangswand
23: Sackloch-Ausnehmung
23': Drehlager
24: Kolben
24': Gewindebohrung
24": Stirnwand
24''': Stirnwand
25: Durchtrittsöffnung
25': Radialdichtung
26: Kolbenstange
26': Spindel
26": Spindelgewinde
27: vorderer Funktionsraum
28: Antriebseinrichtung
28': Antriebsmotor
29: hinterer Funktionsraum
30: Steuerungseinrichtung
60: Druckspeicherzylinder
60': Druckspeicherzylinder
62: Druckspeicherkolben
62': Druckspeicherkolben
63: Stirnfläche
63': Stirnfläche
64: Druckfeder
64': Druckfeder
66: Druckspeicherraum
66': Druckspeicherraum
70: Ventil
72: Bypassleitung
101: Reinigungsvorrichtung
102: Kolbenpumpenanordnung
120: Kolbenpumpe
122: Zylinder
122': vordere Stirnwand
122": hintere Stirnwand
124: Kolben
125: Durchtrittsöffnung
125': Radialdichtung
126: Kolbenstange
126': Spindel
126": Spindelgewinde
127: vorderer Funktionsraum
128: Antriebseinrichtung
128': Antriebsmotor
128": Spindelmutter
129: hinterer Funktionsraum
130: Steuerungseinrichtung
201: Reinigungsvorrichtung
202: Kolbenpumpenanordnung
216: Druckleitung
216': Druckleitung
219: Saugleitung
219': Saugleitung
219": Saugleitung
220: Kolbenpumpe
220`: Kolbenpumpe
222: Zylinder
222': Zylinder
224: Kolben
224': Kolben
225: Durchtrittsöffnung
225': Durchtrittsöffnung
226: Kolbenstange
226': Spindel
226": Spindelgewinde
227: Funktionsraum
227': Funktionsraum
228: Antriebseinrichtung
228': Antriebsmotor
228": Spindelmutter
229: Funktionsraum
229': Funktionsraum
230: Steuerungseinrichtung
301: Reinigungsvorrichtung
320: Kolbenpumpe
320': Kolbenpumpe
322: Zylinder
322': Zylinder
324: Kolben
324': Kolben
326: Kolbenstange
326': Spindel
326": Spindelgewinde
327: Funktionsraum
327': Funktionsraum
328: Antriebseinrichtung
328': Antriebsmotor
329: Funktionsraum
329': Funktionsraum
330: Steuerungseinrichtung
401: Reinigungsvorrichtung
420: Kolbenpumpe
420': Kolbenpumpe
422: Zylinder
422': Zylinder
424: Kolben
424': Kolben
426: Kolbenstange
426': Kolbenstange
427: Funktionsraum
427': Funktionsraum
428: Antriebseinrichtung
428': Antriebseinrichtung
429: Funktionsraum
429': Funktionsraum
430: Steuerungseinrichtung
501: Reinigungsvorrichtung
502: Kolbenpumpenanordnung
520: Kolbenpumpe
520': Kolbenpumpe
522: Zylinder
522': Zylinder
524: Kolben
524': Kolben
525: Durchtrittsöffnung
525': Durchtrittsöffnung
526: Kolbenstange
526': Spindel
526": Spindelgewinde
527: Funktionsraum
527': Funktionsraum
528: Antriebseinrichtung
528': Antriebsmotor
528": Spindelmutter
530: Steuerungseinrichtung
D: Drehrichtungen der Spindel
F: Kraftfahrzeug
P: Axialbewegungsrichtungen des Kolbens 24
P': Axialbewegungsrichtungen des Kolbens 124
P'': Axialbewegungsrichtungen der Kolben 224, 224'
S: Sensor
X: Zylinderachse
X': Spindelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2652595 A1 [0003]
DE 10045907 A1 [0004]
AT 400941 A [0004]

Claims

Reinigungsvorrichtung für einen an oder in einem Fahrzeug (F), insbesondere einem Kraftfahrzeug, verbauten Sensor (S) mit einer Kolbenpumpenanordnung (2; 102; 202; 302; 402; 502), die zumindest zwei Funktionsräume (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') aufweist, welche alternierend zumindest einen Kompressionsraum und zumindest einen Saugraum bilden, wobei die Kolbenpumpenanordnung (2; 102; 202; 302; 402; 502) zumindest eine Kolbenpumpe (20; 120; 220, 220'; 320, 320'; 420, 420'; 520, 520') mit zumindest einem Zylinder (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') aufweist, in dem ein Kolben (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424'; 524, 524') entlang einer Zylinderachse (X) reziprozierend bewegbar angeordnet ist, und mit einer dem Sensor (S) zugeordneten Düsenanordnung (17), die mit den Funktionsräumen (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') in Fluidverbindung bringbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (30; 130; 230; 330; 430; 530) vorgesehen ist, die eine Antriebseinrichtung (28; 128; 228; 328; 428, 428'; 528) für den jeweiligen Kolben (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424'; 524, 524') derart steuert, - dass in Abhängigkeit vom Sensor (S) das für einen Spritzvorgang erforderliche Reinigungsvolumen prognostiziert wird, - dass die Steuerungseinrichtung (30; 130; 230; 330; 430; 530) in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424'; 524, 524') im zugeordneten Zylinder (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') das im zugeordneten Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') vorhandene Fluidvolumen ermittelt, und - dass durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung (28; 128; 228; 328; 428, 428'; 528) jener Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') zum Kompressionsraum wird, dessen vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') zumindest einen der Funktionsräume (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') ausbildet, der von der Innenumfangswand (22''') des Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522'), einer radialen Stirnwand (22', 22''; 122', 122'') des Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') und einer Stirnwand (24'', 24''') des Kolbens (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424'; 524, 524') begrenzt ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') zumindest einen jeweiligen Fluidweg (12, 13, 14, 15) aufweist, der in den Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') mündet und der mit zumindest einer Saugleitung (19, 19'; 219, 219', 219") und/oder Druckleitung (16; 216, 216') verbunden oder verbindbar ist, und dass in dem zumindest einen Fluidweg (12, 13, 14, 15) oder in zumindest einer daran angeschlossenen Fluidleitung (16, 19, 19'; 216, 216', 219, 219', 219") jeweils zumindest ein Ventil (12', 13', 14', 15') vorgesehen ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Sensor (S) zugeordnete Düsenanordnung (17) über eine Druckleitung (16; 216, 216') mit dem zumindest einen Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') des zumindest einen Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') der Kolbenpumpe (20; 120; 220, 220'; 320, 320'; 420, 420'; 520, 520') in Fluidverbindung steht, wobei zumindest ein Fluid-Vorratsbehälter (10) vorgesehen ist, der über eine Saugleitung (19, 19'; 219, 219', 219") mit dem zumindest einen Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') des zumindest einen Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') der Kolbenpumpe (20; 120; 220, 220'; 320, 320'; 420, 420'; 520, 520') in Fluidverbindung steht,
Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424'; 524, 524') mit einer als Spindel (26'; 126'; 226'; 326'; 526') mit einem Spindelgewinde (26"; 126"; 226"; 326"; 526") ausgebildeten Kolbenstange (26; 126; 226; 326; 426, 426'; 526) gekoppelt ist, die sich entlang der Zylinderachse (X) oder parallel dazu erstreckt und die von einer als Spindelantrieb ausgebildeten Antriebseinrichtung (28; 128; 228; 328; 428, 428'; 528) zur axialen Bewegung linear antreibbar ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (28; 328) der Kolbenpumpe (20; 320, 320') einen Antriebsmotor (28'; 328') aufweist, der zur Rotationsbeaufschlagung mit der Spindel (26'; 326') gekoppelt ist und dass der zumindest eine Kolben (24; 324, 324') als Spindelmutter ausgebildet ist oder eine Spindelmutter aufweist, deren Gewinde im Gewindeeingriff mit dem Spindelgewinde (26"; 326") steht oder bringbar ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (128; 228; 528) der Kolbenpumpe (120; 220, 220'; 520, 520') eine von einem Antriebsmotor (128'; 228'; 528') zur Rotation antreibbare Spindelmutter (128"; 228"; 528") aufweist, deren Gewinde im Gewindeeingriff mit dem Spindelgewinde (126"; 226"; 526") steht oder bringbar ist und dass die Spindel (126'; 226'; 526') mit dem zumindest einen Kolben (124; 224, 224'; 520, 520'), vorzugsweise drehfest, verbunden ist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422') der Kolbenpumpe (20; 120; 220, 220'; 320, 320'; 420, 420') vom Kolben (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424') in einen ersten Funktionsraum (27; 127; 227, 227'; 327, 327'; 427, 427') und einen zweiten Funktionsraum (29; 129; 229, 229'; 329, 329'; 429, 429') unterteilt ist, wobei die Funktionsräume (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429') beiderseits des Kolbens (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424') liegen, und dass Fluidwege (12, 13, 14, 15) in der Wandung des Zylinders (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422') vorgesehen sind, die in die Funktionsräume (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229') münden und die mit Saugleitungen (19, 19'; 219, 219', 219") und/oder Druckleitungen (16; 216, 216') verbunden oder verbindbar sind.
Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') ein Druckspeicher (6, 6') zugeordnet ist, der in Fluidverbindung mit dem Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') steht.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (6, 6') als Kolben-Zylinder-Einheit mit einem von der Kraft einer Feder (64, 64') beaufschlagten Druckspeicherkolben (62, 62') ausgebildet ist und einen Druckspeicherraum (66, 66') aufweist, der einseitig von der Stirnfläche (63, 63') des Druckspeicherkolbens (62, 62') begrenzt ist und dessen Volumen von der Kraft der Feder (64, 64') komprimiert wird.
Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (420, 420') zumindest zwei Zylinder (422, 422') aufweist, in denen jeweils ein Kolben (424, 424') entlang der jeweiligen Zylinderachse reziprozierend bewegbar angeordnet ist, wobei die Kolbenstange (426, 426') des jeweiligen Kolbens (424, 424') eine jeweilige Spindel bildet, und dass die Kolben (424, 424') von zumindest einer als Spindelantrieb ausgebildeten Antriebseinrichtung (428, 428'), vorzugsweise einer gemeinsamen Antriebseinrichtung, gleichläufig oder gegenläufig synchron zur reziprozierenden Axialbewegung antreibbar sind.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (220, 220'; 320, 320'; 520, 520') zumindest zwei Zylinder (222, 222'; 322, 322'; 522, 522') mit einer gemeinsamen Zylinderachse (X) aufweist, in denen jeweils ein Kolben (224, 224'; 324, 324'; 524, 524') entlang der Zylinderachse (X) reziprozierend bewegbar angeordnet ist, wobei die Kolben (224, 224'; 324, 324'; 524, 524') mit einer gemeinsamen Kolbenstange (226; 326; 526) gekoppelt sind, die eine Spindel (226'; 326'; 526') bildet, und dass die Kolben (224, 224'; 324, 324'; 524, 524') von zumindest einer als Spindelantrieb ausgebildeten gemeinsamen Antriebseinrichtung (228; 328; 528) gegenläufig synchron zur reziprozierenden Axialbewegung antreibbar sind.
Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Fluidweg (12, 13, 14, 15) der Kolbenpumpenanordnung (2; 202) oder die zumindest eine daran angeschlossene Fluidleitung (16, 19, 19'; 216, 216', 219, 219', 219") über ein erstes, vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildetes, Ventil (12', 13') mit einer Saugleitung (19, 19'; 219, 219', 219") und über ein zweites, vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildetes, Ventil (14', 15') mit einer Druckleitung (16; 216, 216') in Fluidverbindung steht.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit zumindest einer Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Reinigung eines Sensors eines Fahrzeugs mittels einer Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit den Schritten: Prognostizieren eines für einen Spritzvorgang zur Reinigung des Sensors (S) erforderlichen Reinigungsvolumens in Abhängigkeit von der Art des Sensors (S), Ermitteln des im zugeordneten Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') vorhandenen Fluidvolumens in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Kolbens (24; 124; 224, 224'; 324, 324'; 424, 424'; 524, 524') im zugeordneten Zylinder (22; 122; 222, 222'; 322, 322'; 422, 422'; 522, 522') und Ansteuern der Antriebseinrichtung (28; 128; 228; 328; 428, 428'; 528) derart, dass jener Funktionsraum (27, 29; 127, 129; 227, 227', 229, 229'; 327, 327', 329, 329'; 427, 427', 429, 429'; 527, 527') zum Kompressionsraum wird, dessen vorhandenes Fluidvolumen gleich oder größer ist als das erforderliche Reinigungsvolumen.