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Die Erfindung betrifft ein Dachmodul nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Auch betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem solchen Dachmodul.
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Gattungsgemäße Dachmodule finden im Fahrzeugbau umfassend Verwendung, da diese Dachmodule als separate Funktionsmodule vorgefertigt und bei der Montage des Fahrzeuges an das Montageband geliefert werden können. Das Dachmodul bildet an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise eine Dachhaut des Fahrzeugdachs, die ein Eindringen von Feuchtigkeit bzw. Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum verhindert. Die Dachhaut wird von einem oder mehreren Flächenbauteilen gebildet, die aus einem stabilen Material, beispielsweise lackiertem Blech oder lackiertem bzw. durchgefärbtem Kunststoff, gefertigt sein können. Bei dem Dachmodul kann es sich um ein Teil eines starren Fahrzeugdachs oder um ein Teil einer öffenbaren Dachbaugruppe handeln.
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Ferner richtet sich die Entwicklung im Fahrzeugbau immer stärker auf autonom bzw. teilautonom fahrende Kraftfahrzeuge. Um der Fahrzeugsteuerung ein autonomes und/oder teilautonomes Steuern des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, wird eine Vielzahl von Umfeldsensoren (z. B. Lidar-Sensoren, Radar-Sensoren, (Multi-)Kameras etc. mitsamt weiteren (elektrischen) Komponenten) eingesetzt, die eine Umgebung rund um das Kraftfahrzeug erfassen und aus den erfassten Umgebungsdaten bspw. eine jeweilige Verkehrssituation ermitteln. Dachmodule, welche mit einer Vielzahl von Umfeldsensoren ausgestattet sind, sind auch als Roof Sensor Modules (RSM) bekannt. Die bekannten Umfeldsensoren senden bzw. empfangen dazu elektromagnetische Signale, beispielsweise Laserstrahlen oder Radarstrahlen, wobei durch eine Signalauswertung ein Datenmodell der Fahrzeugumgebung generiert und für die Fahrzeugsteuerung genutzt werden kann.
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Die Umfeldsensoren zur Überwachung und Erfassung der Fahrzeugumgebung sind zumeist am Fahrzeugdach befestigt, da das Fahrzeugdach in der Regel die höchste Erhebung eines Fahrzeuges ist, von der aus die Fahrzeugumgebung gut einsehbar ist. Die Umfeldsensoren sind zumeist als Aufsatz auf das die Dachhaut bildende Flächenbauteil des Dachmoduls aufgesetzt oder gegenüber dem Flächenbauteil ein- und ausfahrbar. Während der Benutzung des Umfeldsensors besteht aufgrund von Umwelteinflüssen (z. B. einer Witterung) das Risiko, dass ein teiltransparenter oder transparenter Durchsichtsbereich, durch den der Umfeldsensor das Fahrzeugumfeld erfasst, verschmutzt und zumindest teilweise für den Umfeldsensor undurchsichtig wird. Ein ähnliches Problem ist beispielsweise bei Scheinwerferflächen oder Scheiben eines Kraftfahrzeuges bekannt, da die Scheinwerferflächen oder Scheiben ebenfalls verschmutzen können und infolgedessen gereinigt werden müssen.
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Zur möglichst frühzeitigen Erkennung einer Verunreinigung eines Durchsichtsbereiches sind grundsätzlich Detektionseinrichtungen bekannt. In Normalfall werden Sensorsignale eines Umfeldsensors, der durch den Durchsichtsbereich blickt, durch die Detektionseinrichtung erfasst und auf fehlerhafte Signale bzw. Störsignale hin untersucht und ausgewertet. Verunreinigungen auf dem Durchsichtsbereich können beispielsweise als Rauschsignale und/oder als „Signalflecken“ und/oder als Störsignale erkannt werden, da an diesen Stellen die von dem Umfeldsensor erzeugten und/oder empfangenen Signale den Durchsichtbereich nicht ungehindert passieren können. Bei bekannten Detektionseinrichtungen besteht allerdings weiterhin Entwicklungspotenzial, so dass weitere technische Lösungen gewünscht und benötigt sind.
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Im Anschluss an eine solche Detektion wird ein Reinigungsfluid, beispielsweise Wasser und/oder Hochdruckluft zur Reinigung des Durchsichtsbereiches eingesetzt, was bedeutet, dass einige Zeit zwischen einem Auftreffen und/oder Auftreten der Verunreinigung auf dem Durchsichtsbereich und dessen Reinigung verstreicht. Dies erschwert das Entfernen von Fremdkörpern und/oder Fremdpartikeln, insbesondere von biologischen Verunreinigungen, von dem Durchsichtsbereich und mindert somit die Wirksamkeit der Reinigung.
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Die bekannten Reinigungseinrichtungen sind zumeist, ähnlich zu Sprühdüsen einer Scheiben- oder Scheinwerferwischanlage, in einem Bereich des Dachmoduls bzw. des Flächenbauteils auf der Außenoberfläche der Dachkarosserie oder an sonstigen Karosserieteilen statisch positioniert. Die Reinigungsdüsen sind, betrachtet in einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges, jeweils vor den zu reinigenden Oberflächen angeordnet und sprühen in Richtung des Fahrtwindes ein Reinigungsfluid auf den zu reinigenden Bereich.
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Bekannte Reinigungsdüsen weisen zumeist einen Düsenkörper auf, durch den die Reinigungsdüsen in vorbereitete Öffnungen in der Dachhaut oder in vorbereitete Öffnungen eines sonstigen Karosseriebauteils des Fahrzeuges eingebaut und bspw. über eine Klemmverbindung befestigt werden. Somit werden die Reinigungsdüsen als separate Komponenten bereitgestellt, die im Montageprozess des Fahrzeuges und/oder des Dachmoduls an der Dachhaut montiert und insbesondere gegenüber der Dachhaut abgedichtet werden müssen. Durch die Vielzahl an Komponenten wird zudem eine Komplexität der Montage negativ beeinflusst. Hierzu sind mehrere Montageprozessschritte notwendig, was zu einem zeitlichen Mehraufwand führt.
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Ein weiterer Nachteil bestehender Reinigungseinrichtungen ist, dass oftmals eine große Menge an Reinigungsfluid sowie eine Bereitstellung eines oftmals hohen Arbeitsdruckes notwendig ist. Ebenfalls kann es bei bekannten Reinigungssystemen nach erfolgter Reinigung zum Verbleiben von Rückständen, insbesondere von Tropfen des Reinigungsfluides auf dem Durchsichtsbereich kommen, wodurch Störstellen für den Umfeldsensor auf dem eigentlich gereinigten Durchsichtsbereich verbleiben.
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Aufgrund der vorgenannten Nachteile und Probleme besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein gattungsgemäßes Dachmodul derart weiterzuentwickeln, dass ein präventives Sauberhalten des Durchsichtsbereiches und/oder ein vereinfachtes und insbesondere optisch unauffälliges Reinigen des Durchsichtsbereiches ermöglicht ist.
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Mindestens eine der Aufgaben wird durch ein Dachmodul gemäß der technischen Lehre des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gemäß Nebenanspruch 8 mit mindestens einem solchen Dachmodul gelöst. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Dachmodul lediglich eine der vorstehend genannten Aufgaben oder eine beliebige Kombination dieser Aufgaben und/oder weitere Aufgaben lösen kann.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus mindestens zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Es versteht sich, dass die zu dem Dachmodul gemachten Ausführungen sich in äquivalenter Weise auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug beziehen, ohne für dieses redundant genannt zu werden. Hierbei versteht es sich insbesondere, dass sprachübliche Umformungen und/oder ein sinngemäßes Ersetzen von jeweiligen Begrifflichkeiten im Rahmen der üblichen sprachlichen Praxis, insbesondere das Verwenden von durch die allgemein anerkannte Sprachliteratur gestützten Synonymen, von dem vorliegenden Offenbarungsgehalt umfasst sind, ohne in ihrer jeweiligen Ausformulierung explizit erwähnt zu werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Dachmodul umfasst ein Flächenbauteil, das zumindest bereichsweise eine Dachhaut des Fahrzeugdachs bildet, die als eine äußere Dichtfläche des Dachmoduls fungiert. Das Dachmodul umfasst mindestens einen Umfeldsensor, der zur Erfassung der Fahrzeugumgebung durch einen Durchsichtsbereich elektromagnetische Signale senden und/oder empfangen kann. Das Dachmodul umfasst mindestens eine Reinigungseinrichtung, durch die der Durchsichtsbereich reinigbar ist. Die Reinigungseinrichtung umfasst ein in einem Randbereich des Durchsichtsbereiches angeordnetes Reinigungsfluidaufnahmevolumen mit mindestens einer nach außen gerichteten Öffnung, die durch einen Verschlussmechanismus zumindest teilweise geöffnet und/oder geschlossen werden kann, um derart einen vordefinierten, insbesondere laminar strömenden Reinigungsfluidausfluss auf den Durchsichtsbereich zu erwirken, durch den zumindest in einem Teilbereich des Durchsichtsbereiches ein Fluidfilm ausgebildet ist.
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Die Reinigungseinrichtung ist in ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch vorzugsweise dazu ausgebildet, den insbesondere laminar strömenden Reinigungsfluidausfluss kontinuierlich und/oder zumindest in einer vordefinierten zeitlichen Abfolge und/oder intervallweise und/oder zeitweise durch Ansteuern des Verschlussmechanismus zum zumindest teilweisen Öffnen der Öffnung zu erzeugen. Hierdurch kann vorzugsweise ein Wasserfilm auf dem Durchsichtsbereich erzeugt werden, der eine Schutzwirkung umfasst und durch den insbesondere ein Anhaften von Fremdkörpern und/oder Fremdpartikeln und/oder eine Tropfenbildung auf dem Durchsichtsbereich verhindert ist. Der Durchsichtsbereich kann dadurch vorzugsweise präventiv vor Verschmutzungen geschützt werden oder es kann zumindest ein Grad an Verschmutzung minimiert werden. Durch die insbesondere laminare Ausströmung des Reinigungsfluides wird vorzugsweise ein Wasserfilm auf dem Durchsichtsbereich erzeugt, der eine nach außen hin planare Oberfläche hat und dadurch eine Sicht des Umfeldsensors durch den Durchsichtsbereich nicht oder nur minimal beeinträchtigt. Dies ist ein Hauptunterschied zu bestehenden Reinigungseinrichtungen, bei denen die Reinigungsdüsen mittels eines turbulent ausströmenden Reinigungsfluides den Durchsichtsbereich reinigen. Der Fluidfilm wird erfindungsgemäß vorzugsweise zumindest abschnittsweise, besonders bevorzugt über eine volle Breite und/oder Länge des Durchsichtsbereiches gebildet. Das Reinigungsfluid tritt also vorzugsweise aus der Öffnung derart aus, dass entlang einer gesamten Breite und/oder Länge des Durchsichtsbereiches ein vorzugsweise gleichvolumiges Austreten aus der Öffnung ermöglicht ist.
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Die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung ist dazu ausgebildet, einen vorzugsweise dünnen Wasserfilm auf dem Durchsichtsbereich zu erzeugen, um eine Verunreinigung möglichst zeitnah, insbesondere sofort zu befeuchten, um sie derart von dem Durchsichtsbereich zu entfernen. Alternativ oder ergänzend, d. h. und/oder, kann durch die Bildung des Fluidfilms auf der Außenoberfläche des Durchsichtsbereiches eine Reinigung des Durchsichtsbereiches auf konventionelle Weise, insbesondere durch den Einsatz von zusätzlichen Reinigungsdüsen unterstützt werden. Vorzugsweise beeinträchtigt der Fluidfilm nicht eine Funktion des Umfeldsensors, was insbesondere im Vergleich zu Spritzwasser und Wassertröpfchen wie im Stand der Technik ein Vorteil ist. Darüber hinaus kann vorzugsweise ein fahrtwindbedingter Luftstrom um den Durchsichtsbereich oder eine natürlich vorkommende Gravitation genutzt werden, um den Fluidfilm auf den Durchsichtsbereich aufzubringen und/oder ihn ausgehend von der Öffnung auf dem Durchsichtsbereich zu verteilen. Der Fluidfilm dient vorzugsweise dazu, eine auf dem Durchsichtsbereich vorhandene Verunreinigung feucht zu halten, und hilft dadurch besonders beim Ablösen der Verunreinigung von der Oberfläche des Durchsichtsbereiches. Alternativ kann eine derartige Verunreinigung durch den Fluidfilm auch vollständig entfernt werden.
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Die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung hat den Vorteil, dass durch die Bildung des Fluidfilms auf dem Durchsichtsbereich vorzugsweise keine oder lediglich eine minimale Beeinträchtigung einer Sensorfunktion des mindestens einen Umfeldsensors während und/oder nach der Reinigung auftritt. Dadurch können vorzugsweise auch während der Reinigung des Durchsichtsbereiches sämtliche Sensorfunktionen insbesondere störungsfrei verwendet werden. Ferner hat die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung den Vorteil, dass eine möglichst zeitnahe, insbesondere sofortige Reinigung des Durchsichtsbereiches erfolgen kann. Hierdurch ist eine Effektivität gegenüber einer konventionellen Reinigung verbessert. Ferner zeichnet sich die Reinigungseinrichtung durch eine geringe technische Komplexität, eine geringe Bauraumbeanspruchung sowie ein geringes Gewicht aus. Ebenfalls kann durch die Bildung des Fluidfilms ein Reinigungszeitpunkt verfrüht werden, so dass die Verfügbarkeit des mindestens einen Umfeldsensors und somit des autonomen Fahrbetriebs verbessert ist. Da außerdem kein Hochdruckwasser benötigt wird, sondern vielmehr ein laminares Ausströmen des Reinigungsfluides angestrebt ist, kann die erfindungsgemäße Lösung ohne die Verwendung eines Haupttanks oder einer Pumpe realisiert werden.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem Umfeldsensor im vorliegenden Sinne um einen Lidar-Sensor und/oder um einen Kamera-Sensor und/oder um einen Multi-Kamera-Sensor und/oder um einen Ultraschall-Sensor und/oder um eine Antenne und/oder um ein Antennenmodul und/oder um eine Beleuchtungseinrichtung handeln. Auch weitere Umfeldsensoren sind denkbar.
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Unter der Formulierung „mindestens ein/eine“ wird vorliegend verstanden, dass das erfindungsgemäße Dachmodul eine oder mehrere der betreffenden Komponenten umfassen kann.
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Das Dachmodul nach der Erfindung kann eine Baueinheit bilden, in der Einrichtungen zum autonomen oder teilautonomen, durch Fahrassistenzsysteme unterstützten Fahren integriert sind und die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers als Einheit auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist. Ferner kann das Dachmodul nach der Erfindung als reines Festdach oder auch als Dach mitsamt Dachöffnungssystem ausgebildet sein. Zudem kann das Dachmodul zur Nutzung bei einem Personenkraftwagen oder bei einem Nutzfahrzeug ausgelegt sein. Das Dachmodul kann vorzugsweise als Baueinheit in Form eines Dachsensormoduls (Roof Sensor Module (RSM)) bereitgestellt sein, in der die Umfeldsensoren vorgesehen sind, um als zulieferbare Baueinheit in einen Dachrahmen einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt zu werden.
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Grundsätzlich kann der Umfeldsensor des Dachmoduls nach der Erfindung in vielfältiger Weise ausgebildet sein und einen Lidar-Sensor, einen Radar-Sensor, einen optischen Sensor, wie eine Kamera, und/oder dergleichen umfassen. Lidar-Sensoren arbeiten beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 905 nm oder auch von etwa 1550 nm. Der Werkstoff des Durchsichtsbereiches ist vorzugsweise für den von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlängenbereich transparent und vorzugsweise materialseitig daher in Abhängigkeit von der/den von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlänge(n) ausgewählt. Der Durchsichtsbereich kann vorzugsweise in den vom menschlichen Auge erfassbaren Wellenlängen opak erscheinen. Der Durchsichtsbereich umfasst vorzugsweise die gleiche Farbgebung wie das umliegende Flächenbauteil.
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Das Dachmodul kann mindestens einen Durchsichtsbereich umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der mindestens eine Umfeldsensor ein Gehäuse oder einen Gehäuseabschnitt umfassen, an dem der Durchsichtsbereich angeordnet oder integral ausgebildet ist. Der Durchsichtsbereich kann beispielsweise an einem Dachmodulrahmen des Dachmoduls, an dem vorzugsweise das Flächenbauteil angeordnet ist und der vorzugsweise dazu dient, das Dachmodul an einer Kraftfahrzeugkarosserie zu befestigen, angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann der Durchsichtsbereich auch an dem Flächenbauteil angeordnet sein oder durch das Flächenbauteil integral ausgebildet sein. Der Durchsichtsbereich kann eine Sensorlinse und/oder eine Sensoroptik und/oder einen optischen Filter umfassen. Der Durchsichtsbereich kann vorzugsweise als eine Sensorabdeckung ausgebildet sein oder zumindest teilweise eine solche Sensorabdeckung ausbilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reinigungsfluidausfluss aus der Öffnung durch die Schwerkraft und/oder durch eine aufgrund von Fahrtwind vorherrschende Kraft beschleunigt. Im Falle der Ausnutzung der Schwerkraft ist die Öffnung vorzugsweise in einem oberen Bereich um den Durchsichtsbereich herum angeordnet, so dass das Reinigungsfluid in Richtung der Schwerkraft aus der Öffnung austreten und auf den Durchsichtsbereich gelangen kann. Im Falle der Ausnutzung des Fahrtwindes ist es bevorzugt, wenn die Öffnung in einem frontseitigen Bereich des Dachmoduls, betrachtet in einer Hauptfahrtrichtung, an einem unteren Rand des Durchsichtsbereiches vorgesehen ist, so dass das Reinigungsfluid nach oben hin, insbesondere im Wesentlichen entgegen der Schwerkraft, aus der Öffnung auf den Durchsichtsbereich austreten kann. In einem heckseitigen Bereich des Dachmoduls, betrachtet in der Hauptfahrtrichtung, kann die Öffnung hingegen vorzugweise in einem oberen Randbereich des Durchsichtsbereiches angeordnet sein. Dadurch wird der Austritt und/oder die Verteilung des Reinigungsfluides zusätzlich zu dem Fahrtwind durch die Schwerkraft unterstützt. Das Reinigungsfluid kann vorzugsweise durch einen Laminarisator aus der Öffnung ausfließen. Der so gebildete Fluidfilm verhindert Verunreinigungen und/oder hält eine bestehende Verunreinigung feucht, was das Entfernen der Verunreinigung insbesondere durch eine herkömmliche Reinigung (mit Wasser und/oder Druckluft) oder sogar lediglich durch die Schwerkraft und/oder Windströmung erheblich erleichtert. Darüber hinaus kann der Fluidfilm, z. B. durch den Kapillareffekt, in einen Zwischenraum zwischen einer Verunreinigung und der Oberfläche des Durchsichtsbereiches eindringen und so die Verunreinigung von dem Durchsichtsbereich entfernen. Außerdem beeinträchtigt dieser gleichmäßige Fluidfilm ein Sichtfeld des Umfeldsensors nicht oder nur geringfügig, was ein Vorteil gegenüber Wassertropfen und/oder Spritzwasser ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reinigungsfluidaufnahmevolumen, insbesondere bezogen auf eine Blickrichtung des Umfeldsensors, oberhalb von dem Durchsichtsbereich angeordnet. Dies ist besonders bevorzugt, wenn in einem frontseitigen Bereich des Dachmoduls die Schwerkraft als treibende Kraft für das Ausfließen des Reinigungsfluides aus der Öffnung und/oder das darauffolgende Verteilen des Reinigungsfluides auf dem Durchsichtsbereich in dem frontseitigen oder heckseitigen Bereich des Dachmoduls genutzt werden soll. In einem heckseitigen Bereich des Dachmoduls kann bei einer derartigen Anordnung auch noch ein Fahrtwind bei entsprechender Strömungsführung als treibende Kraft verwendet werden. Die mindestens eine Öffnung ist vorzugsweise entlang eines oberen Randbereiches des Durchsichtsbereiches insbesondere schlitzförmig ausgebildet. Der Fluidfilm kann vorzugsweise durch die mindestens eine Öffnung zumindest entlang eines Teils eines äußeren Randes des Durchsichtsbereich ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, durch zumindest teilweises Öffnen der mindestens einen Öffnung den Fluidfilm auf den Durchsichtsbereich aufzubringen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reinigungsfluidaufnahmevolumen, insbesondere bezogen auch die Blickrichtung des Umfeldsensors, unterhalb von dem Durchsichtsbereich angeordnet. Dies ist bevorzugt, wenn ein Fahrtwind als treibende Kraft für das Ausfließen des Reinigungsfluides aus der Öffnung und/oder das darauffolgende Verteilen des Reinigungsfluides auf dem Durchsichtsbereich in einem frontseitigen Bereich des Dachmoduls genutzt werden soll.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verschlussmechanismus eine translatorisch und/oder rotatorisch bewegbare Klappe und/oder Abdeckung und/oder einen translatorisch und/oder rotatorisch bewegbaren Verschluss. Grundsätzlich erscheint es beliebig, in welcher Art der Verschlussmechanismus ausgebildet ist. Die Steuerung und/oder Manipulation einer Ausdehnung und/oder Stärke des gebildeten Fluidfilms kann vorzugsweise über die Steuerung des Ausflusses aus der Öffnung durch ein Ventil in einem Reinigungsfluidkreislauf des Dachmoduls und/oder eines Kraftfahrzeuges und/oder durch ein sonstiges mechanisches Element, das im Bereich der Öffnung bzw. Mündung angeordnet ist, erfolgen. Beispielsweise kann auch ein PiezoElement als Aktuator zum Einsatz kommen. In einer vollständig geschlossenen Stellung verschließt der Verschlussmechanismus vorzugsweise die mindestens eine Öffnung derart, dass kein Reinigungsfluid aus der Öffnung ausfließen kann. Über einen Antrieb kann der Verschlussmechanismus vorzugsweise in mindestens eine geöffnete Stellung gebracht werden, in der ein Ausfließen von Reinigungsfluid aus der mindestens einen Öffnung ermöglicht ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Reinigungseinrichtung eine Steuereinrichtung, die zumindest dazu ausgebildet ist, durch Ansteuern des Verschlussmechanismus die Öffnung zumindest teilweise zu öffnen, um derart ein Volumen des Reinigungsfluidausflusses zu steuern. Bei der Steuereinrichtung kann es sich vorzugsweise um die später erwähnte Auswerte- und Steuereinheit handeln. Durch das Steuern der Öffnungsstellung kann ein Ausfließen des Reinigungsfluides bzw. eine Durchflussmenge gesteuert werden. Über die Steuerung der Durchflussmenge kann vorzugsweise eine Dicke des Fluidfilms manipuliert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Reinigungsfluidaufnahmevolumen mindestens einen Hohlraum, der über einen Anschluss mit einem Reinigungsfluid, insbesondere einer Reinigungsflüssigkeit, befüllt werden kann. Grundsätzlich kann das Reinigungsfluidaufnahmevolumen beliebig ausgebildet sein. Vorzugweise kann das Reinigungsfluidaufnahmevolumen eine vordefinierte Menge an Reinigungsfluid zwischenspeichern und muss so nicht stetig mit Reinigungsfluid aus einem Fluidreservoir versorgt werden. Durch die Zwischenspeicherung des Reinigungsfluides können Turbulenzen innerhalb des Fluides verhindert werden, bevor es aus der Öffnung insbesondere laminar ausströmt. An der Öffnung kann insbesondere ein Netz oder eine sonstige maschenartige Struktur angebracht sein, durch die das Reinigungsfluid beim Ausfließen hindurchfließt, um dadurch ein laminares Ausfließen zu ermöglichen. Das Reinigungsfluidaufnahmevolumen kann beispielsweise als Zwischenspeicher und/oder als Tank ausgebildet sein, der vorzugsweise über den Anschluss an einen sonstigen Kreislauf für Reinigungsfluid angeschlossen ist, um beispielsweise aus einem Fluidtank mit Reinigungsfluid gespeist zu werden. Ist das Reinigungsfluidaufnahmevolumen infolge des Ausfließens zumindest teilweise geleert, kann die Steuereinrichtung vorzugsweise ein Auffüllen des Reinigungsfluidaufnahmevolumens veranlassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann durch den zumindest teilweise auf dem Durchsichtsbereich gebildeten Fluidfilm ein Anhaften von Fremdpartikeln und/oder Fremdkörpern, durch die der Durchsichtsbereich verschmutzt werden kann, zumindest in dem Teilbereich des Durchsichtsbereiches verhindert werden. Durch den Fluidfilm können Fremdpartikel und/oder Fremdkörper vorzugsweise nicht an einer äußeren Oberfläche des Durchsichtsbereiches anhaften, da durch den Fluidfilm eine Grenzschicht auf der äußeren Oberfläche des Durchsichtsbereiches ausgebildet ist. Treffen nun Fremdkörper und/oder Fremdpartikel von außen auf den Durchsichtsbereich auf, werden diese durch den Fluidfilm unmittelbar befeuchtet, so dass ein Ankleben verhindert ist. Der Fluidfilm wirkt somit präventiv gegen Verschmutzungen und bewirkt weiterhin, dass bestehende Verschmutzungen weniger stark anhaften und somit den Durchsichtsbereich nachhaltig verschmutzen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Dachmodul nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug nach der Erfindung eine Kraftfahrzeugkarosserie und ist dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße Dachmodul eine Baueinheit ausbildet, die an der Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere an mindestens einem Karosserieholm der Kraftfahrzeugkarosserie, angeordnet ist. Der mindestens eine Karosserieholm kann beispielsweise Teil eines Dachrahmens und/oder eine A- und/oder B- und/oder Cund/oder D-Säule der Kraftfahrzeugkarosserie sein.
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Das Dachmodul nach der Erfindung kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein und für unterschiedliche Zwecke ausgelegt sein.
Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich vorzugsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Transportfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein autonom oder teilautonom fahrendes Fahrzeug, ein Personentransportfahrzeug, ein Truppenfahrzeug oder Ähnliches handeln.
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Es versteht sich, dass die zuvor genannten und nachstehend noch zu erläuternden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination miteinander ausbildbar sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ebenfalls versteht es sich, dass die zuvor genannten und nachstehend noch zu erläuternden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele sich in äquivalenter oder zumindest ähnlicher Art und Weise auf sämtliche Ausführungen der Erfindung beziehen, ohne jeweils separat genannt zu werden.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dachmoduls nach der Erfindung;
- 2 eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt eines Dachmoduls mit einem verunreinigten Durchsichtsbereich;
- 3 drei Ausführungsbeispiele unterschiedlicher Anordnungen einer Multifunktionsschicht einer Detektionseinrichtung;
- 4 drei weitere Ausführungsbeispiele unterschiedlicher Anordnungen einer Multifunktionsschicht einer Detektionseinrichtung;
- 5 drei weitere Ausführungsbeispiele einer Detektionseinrichtung;
- 6 ein Ausführungsbeispiel einer segmentierten Multifunktionsschicht;
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer segmentierten Multifunktionsschicht;
- 8 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reinigungseinrichtung;
- 9 weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Reinigungseinrichtung;
- 10 weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Reinigungseinrichtung;
- 11 weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Reinigungseinrichtung; und
- 12 einen beispielhaften Schaltplan einer Reinigungseinrichtung.
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In 1 ist ein Fahrzeugdach 100 dargestellt, das ein Dachmodul 10 umfasst. Das Dachmodul 10 umfasst ein Flächenbauteil 12 zur Bildung einer Dachhaut 14 des Fahrzeugdaches 100 eines Kraftfahrzeugs (nicht komplett gezeigt). In einem frontseitigen Bereich des Fahrzeugdaches 100 bzw. des Dachmoduls 10, betrachtet in einer Fahrzeuglängsrichtung x, ist symmetrisch zu der Fahrzeuglängsrichtung x ein Umfeldsensor 16 angeordnet. Der Umfeldsensor 16 ist unmittelbar hinter einem vorderen Querholm 102, der einen dachseitigen Windlauf des Fahrzeuges definiert, angeordnet. Das Dachmodul 10 ist vorzugsweise als Baueinheit an einer Kraftfahrzeugkarosserie 104 angeordnet. Dabei kann das Dachmodul 10 beispielsweise an mindestens einem Querholm 102 und/oder mindestens einem Längsholm 106 angeordnet sein. Das Dachmodul 10 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist ein Dachöffnungssystem 108 auf. Das Kraftfahrzeug umfasst ferner eine Windschutzscheibe 110.
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Der Umfeldsensor 16 blickt durch einen Durchsichtsbereich 18, der beispielsweise an einem Gehäuse des Umfeldsensors 16 vorgesehen ist. Der Durchsichtsbereich 18 kann beispielsweise aus einem vorzugsweise bruchsicheren Kunststoff oder einem für den Umfeldsensor 16 transparenten oder teiltransparenten Material hergestellt sein und in das Gehäuse als Fenster eingelassen sein. Der Umfeldsensor 16 kann beispielsweise ein- und ausfahrbar in einer Öffnung in dem Flächenbauteil 12 angeordnet sein. Alternativ kann der Umfeldsensor 16 auch starr auf der Dachhaut 14 angeordnet sein. Alternativ kann der Umfeldsensor 16 von dem Flächenbauteil 12 überdeckt sein. Der Durchsichtsbereich 18 kann beispielsweise an dem Flächenbauteil 12 vorgesehen sein, siehe 2. Beispielsweise kann der Durchsichtsbereich 18 integral mit dem Flächenbauteil 12 ausgebildet sein. Der Umfeldsensor 16 kann an dem Flächenbauteil 12 und/oder an einem Dachmodulrahmen und/oder an einem Teil der Kraftfahrzeugkarosserie 104 angeordnet sein. Das Dachmodul 10 muss nicht unbedingt einen Dachmodulrahmen umfassen.
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Der Umfeldsensor 16 ist vorliegend ein Lidar-Sensor, der zur Erfassung der Fahrzeugumgebung durch den Durchsichtsbereich 18 elektromagnetische Signale senden und/oder empfangen kann. Es können auch andere Sensortypen, z. B. Multidirektional-Kameras und/oder Kameras und/oder Ultraschall-Sensoren und/oder Antennen und/oder Antennenmodule und/oder Beleuchtungseinrichtungen zum Einsatz kommen. Der Umfeldsensor 16 ist entlang einer optischen Achse 22 ausgerichtet, die im Falle von 1 parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet ist. Die Fahrzeuglängsrichtung x ist quer, insbesondere orthogonal zu einer Fahrzeugbreitenrichtung y ausgerichtet.
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Das Dachmodul 10 umfasst eine Detektionseinrichtung 24, die dazu ausgebildet ist, mindestens einen Fremdpartikel und/oder Fremdkörper 25 auf dem Durchsichtsbereich 18 zu erfassen, siehe beispielhaft 2. Die Detektionseinrichtung 24 umfasst eine Multifunktionsschicht 26, die an dem Durchsichtsbereich 18 angeordnet oder in dem Durchsichtsbereich 18 integriert ist. Die Multifunktionsschicht 26 ist zur kapazitiven Detektion des mindestens einen Fremdpartikels und/oder Fremdkörpers 25 auf dem Durchsichtsbereich 18 sowie zur Bereitstellung einer weiteren den mindestens einen Umfeldsensor 16 unterstützenden Funktion ausgebildet. Beispielsweise kann die Multifunktionsschicht 26 neben der kapazitiven Detektionsfunktion dazu ausgebildet sein, Strahlung in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, insbesondere infrarote Strahlung, zu reflektieren und/oder zu blocken und/oder ein Beschlagen des Durchsichtsbereiches 18 mit Feuchtigkeit zu minimieren und/oder zu verhindern und/oder den Durchsichtsbereich 18 zu heizen und/oder eine antireflexive Funktion und/oder eine hydrophobe Funktion und/oder eine oleophobe Funktion bereitzustellen.
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Beispielhafte Anordnungsmöglichkeiten der Multifunktionsschicht 26 an dem Durchsichtsbereich 18 sind in den 3 und 4 gezeigt. Gemäß der linken Darstellung in 3 ist die Multifunktionsschicht 26 an einer äußeren Oberfläche des Durchsichtsbereiches 18 angeordnet bzw. aufgebracht. Gemäß der mittleren Darstellung in 3 ist die Multifunktionsschicht 26 an einer inneren Oberfläche des Durchsichtsbereiches 18 angeordnet bzw. aufgebracht. Gemäß der rechten Darstellung in 3 ist die Multifunktionsschicht 26 insbesondere mittig in den Durchsichtsbereich 18 integriert. Die Multifunktionsschicht 26 kann beispielsweise als Einlegekomponente während eines Spritzgussprozesses zur Herstellung des Durchsichtsbereiches 18 in eine Grundform eingelegt worden sein, um diese zu integrieren.
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Gemäß 4 sind weitere Anordnungs- und/oder Aufteilungsmöglichkeiten für die Multifunktionsschicht 26 gezeigt. Die Multifunktionsschicht 26 kann beispielsweise mehrschichtig sein, wobei die Schichten jeweils eine eigenständige Funktion oder sich synergetisch ergänzende Funktionen bereitstellen können. Mit anderen Worten umfasst die Multifunktionsschicht 26 vorzugsweise einen mehrschichtigen Aufbau, wobei eine jeweilige Schicht auflackiert und/oder aufgespritzt und/oder durchflussbeschichtet und/oder aufgedampft und/oder aufgesputtert und/oder aufgeklebt und/oder eingelegt und/oder auf sonstige Weise aufgebracht und/oder eingebracht sein kann.
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Gemäß der linken Darstellung in 4 ist die Multifunktionsschicht 26 zweischichtig ausgebildet, wobei jeweils eine Schicht auf der äußeren und der inneren Oberfläche des Durchsichtsbereiches 18 angeordnet bzw. aufgebracht ist. Gemäß einer mittleren Darstellung in 4 ist die Multifunktionsschicht 26 zweischichtig ausgebildet, wobei eine Schicht in den Durchsichtsbereich 18 integriert ist und eine weitere Schicht auf der inneren Oberfläche des Durchsichtsbereiches 18 aufgebracht ist. Gemäß einer rechten Darstellung in 4 ist die Multifunktionsschicht 26 zweischichtig ausgebildet, wobei eine Schicht in den Durchsichtsbereich 18 integriert ist und eine weitere Schicht auf der äußeren Oberfläche des Durchsichtsbereiches 18 aufgebracht ist.
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Die Multifunktionsschicht 26 umfasst eine Vielzahl von kapazitiven Messstellen 28, die vorzugsweise über den Durchsichtsbereich 18 asymmetrisch oder symmetrisch verteilt in der oder an der Multifunktionsschicht 26 angeordnet sind, siehe 5 bis 7. Die Vielzahl von kapazitiven Messstellen 28 definiert vorliegend mindestens zwei kapazitive Messstellen 28. Die Vielzahl von kapazitiven Messstellen 28 sind vorzugsweise dielektrische Knotenstellen.
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Die Multifunktionsschicht 26 umfasst vorliegend mindestens eine Trägerfolie 30. Bei einem mehrschichtigen Aufbau können auch mehrere Trägerfolien 30 vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend kann die Multifunktionsschicht 26 eine Trägerschicht und/oder eine Funktionsbeschichtung umfassen. Die Vielzahl von kapazitiven Messstellen 28 ist vorzugsweise an der Trägerfolie 30 und/oder der Trägerschicht und/oder der Funktionsbeschichtung vorgesehen, insbesondere auf diese beschichtet und/oder mittels einer weiteren Schicht und/oder einer weiteren Folie auf die Trägerfolie 30 laminiert.
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Beispielhafte Designs der Multifunktionsschicht 26 gehen aus 5 hervor. Gemäß der linken Darstellung sind zwei kapazitive Messstellen 28 beidseitig auf einer Trägerfolie 30 aufgebracht. Jede der kapazitiven Messstellen 28 ist über je einen elektrischen Kontakt 32 kontaktierbar. Gemäß der mittleren Darstellung in 5 sind zwei kapazitive Messstellen 28 auf einer äußeren Oberfläche der Trägerfolie 30 aufgebracht und durch eine Isolationsschicht 34 elektrisch voneinander isoliert. Gemäß der rechten Darstellung in 5 sind zwei kapazitive Messstellen 28 beidseitig auf der Isolationsschicht 34 aufgebracht und derart durch die Isolationsschicht 34 voneinander getrennt. Die Isolationsschicht 34 wirkt dabei als Trägerfolie 30.
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Wie aus 6 hervorgeht, kann/können die Multifunktionsschicht 26 und/oder die kapazitiven Messstellen 28 segmentweise unterteilt an dem Durchsichtsbereich 18 vorgesehen oder in diesen integriert sein. Die kapazitiven Messstellen 28 können in Segmente unterteilt und auf nur einer Seite oder beidseitig auf dem Durchsichtsbereich 18 und/oder der Trägerfolie 30 angeordnet sein. Die kapazitiven Messstellen 28 können in einem beliebigen Muster angeordnet sein, das vorzugsweise über die Oberfläche des Durchsichtsbereiches 18 variiert werden kann. Dies bedeutet, dass beispielsweise in einem Fokusbereich des Sichtfeldes des Umfeldsensors 16 mehr kapazitive Messstellen 28 vorgesehen sind als an den Rändern des Sichtfeldes. Hierdurch kann eine hohe Empfindlichkeit bei der Ermittlung von Verschmutzungen in dem Fokusbereich und eine geringere Empfindlichkeit an den Rändern erreicht werden. Gemäß 6 sind die Segmente streifenförmig an dem Durchsichtsbereich 18 angeordnet.
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In 7 ist ein weiterer segmentweiser Aufbau gezeigt. Dies bietet die Möglichkeit, den Bereich der Verschmutzung weiter zu lokalisieren und die Reinigung entsprechend zu steuern (z. B. nur in diesem Bereich zu reinigen), um u. a. eine Blindspotzeit zu minimieren und vorzugsweise die Menge des Reinigungsfluides zu reduzieren. Die Segmente können grundsätzlich beliebig geometrisch ausgeführt sein und einen beliebigen Verlauf und/oder eine beliebige Form und/oder Größe haben. Beispielhafte Segmente sind mit den Buchstaben (a) bis (g) benannt.
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Das Dachmodul 10 umfasst beispielsweise alternativ oder ergänzend zu der Detektionseinrichtung 24 eine Reinigungseinrichtung 36, durch die der Durchsichtsbereich 18 reinigbar ist. Die Reinigungseinrichtung 36 umfasst ein in einem Randbereich des Durchsichtsbereiches 18 angeordnetes Reinigungsfluidaufnahmevolumen 38, vgl. ab 8, insbesondere 9 und 11. Das Reinigungsfluidaufnahmevolumen 38 umfasst mindestens eine nach außen gerichteten Öffnung 40, die durch einen Verschlussmechanismus 42 zumindest teilweise geöffnet und/oder geschlossen werden kann, um derart einen vordefinierten, insbesondere laminar strömenden Reinigungsfluidausfluss auf den Durchsichtsbereich 18 zu erwirken, durch den zumindest in einem Teilbereich des Durchsichtsbereiches 18 ein Fluidfilm 44 ausgebildet ist. Der Verschlussmechanismus 42 umfasst einen Aktuator 46, durch den eine translatorisch und/oder rotatorisch bewegbare Klappe und/oder Abdeckung und/oder ein translatorisch und/oder rotatorisch bewegbarer Verschluss 48 bewegt werden kann. Der Aktuator 46 kann beispielsweise ein Elektromotor und/oder ein pneumatischer und/oder hydraulischer Antrieb sein. Das Reinigungsfluidaufnahmevolumen 38 kann über einen Anschluss 50 mit Reinigungsfluid befüllt werden.
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Gemäß 9 ist die Reinigungseinrichtung 36 an einem oberen Rand des Durchsichtsbereiches 18 angeordnet, so dass ein aus der Öffnung 40 austretendes Reinigungsfluid durch die Schwerkraft angetrieben ausfließen kann. Gemäß der linken Darstellung in 9 ist der Verschluss 48 in der geschlossenen Stellung. Gemäß der rechten Darstellung ist der Verschluss 48 in einer vollständig geöffneten Stellung. Die Klappe und/oder die Abdeckung und/oder der Verschluss 48 bewegt sich gemäß 9 translatorisch.
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In 10 ist die Reinigungseinrichtung 36 an einem unteren Randbereich des Durchsichtsbereiches 18 angeordnet, so dass ein Fahrtwind W genutzt werden kann, um das aus der Öffnung 40 austretende Reinigungsfluid auf dem Durchsichtsbereich 18 in Form des Fluidfilms 44 zu verteilen.
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Gemäß 11 ist die Reinigungseinrichtung 36 an einem oberen Rand des Durchsichtsbereiches 18 angeordnet, so dass ein aus der Öffnung 40 austretendes Reinigungsfluid durch die Schwerkraft angetrieben ausfließen kann. Gemäß der linken Darstellung in 11 ist der Verschluss 48 in der geschlossenen Stellung. Gemäß der rechten Darstellung ist der Verschluss 48 in einer teilweise geöffneten Stellung. Die Klappe und/oder die Abdeckung und/oder der Verschluss 48 bewegt sich gemäß 9 rotatorisch um eine nicht näher gezeigte Drehachse. Hier kann ein Öffnungswinkel der Klappe so eingestellt werden, dass die optimale Erzeugung des Wasserfilms (auch in verschiedenen Szenarien) erreicht wird. Die Verteilung des Wasserfilms kann vorzugsweise durch Schwerkraft und/oder Fahrtwind W erfolgen.
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In 12 ist ein beispielhaftes Schaltbild einer Reinigungseinrichtung 36 gezeigt. Die Reinigungseinrichtung 36 umfasst einen Tank 52, in dem Reinigungsfluid aufgenommen ist, das über mindestens eine Leitung zu dem Anschluss 50 in das Reinigungsfluidaufnahmevolumen 38 geleitet werden kann. Das Öffnen der Öffnung 40 kann vorzugsweise über den Aktuator 46, beispielsweise über einen Piezo-Aktuator und/oder den Verschluss 48, beispielsweise ein Ventil, erfolgen.
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Die Auswertung der in der Multifunktionsschicht 26 zur kapazitiven Erkennung erzeugten Messsignale und/oder eine Steuerung der Reinigungseinrichtung 36 erfolgt vorzugsweise über eine Auswerte- und Steuereinrichtung 54, wie dies schematisch aus 12 hervorgeht.
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Die Öffnung 40 (oder Öffnungen) kann (können) so gestaltet sein, dass sie nur einen definierten laminaren Fluidstrom durchlässt (durchlassen), um den gewünschten Fluidfilm 44 zu erzeugen. Zur Verteilung dieses Fluidfilms 44 kann die Schwerkraft und/oder der Fahrtwind W genutzt werden, um eine schnelle und gleichmäßige Verteilung über die gewünschte Fläche des Durchsichtsbereiches 18 zu erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dachmodul
- 12
- Flächenbauteil
- 14
- Dachhaut
- 16
- Umfeldsensor
- 18
- Durchsichtsbereich
- 22
- optische Achse
- 24
- Detektionseinrichtung
- 25
- Fremdpartikel und/oder Fremdkörper
- 26
- Multifunktionsschicht
- 28
- kapazitive Messstellen
- 30
- Trägerfolie
- 32
- Kontakt
- 34
- Isolationsschicht
- 36
- Reinigungseinrichtung
- 38
- Reinigungsfluidaufnahmevolumen
- 40
- Öffnung
- 42
- Verschlussmechanismus
- 44
- Fluidfilm
- 46
- Aktuator
- 48
- Verschluss
- 50
- Anschluss
- 52
- Tank
- 54
- Auswerte- und Steuereinrichtung
- 100
- Fahrzeugdach
- 102
- Querholm
- 104
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 106
- Längsholm
- 108
- Dachöffnungssystem
- 110
- Windschutzscheibe
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugbreitenrichtung
- W
- Fahrtwind
