DE19826168A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von in einer Halterung angeordneten Gläsern und anderen außenliegenden Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Reinigen, vorzugsweise zum Enteisen, von in einer Halterung an­ geordneten Gläsern und anderen außenliegenden Bauteilen, vor­ zugsweise von Fensterscheiben, insbesondere von Fensterscheiben von Fahrzeugen, wobei die Fensterscheibe bzw. das vorzugsweise plattenförmige Bauteil unter Zuhilfenahme einer Dichtung in ei­ nem Fensterrahmen bzw. Rahmen eingefaßt ist.

Unter Fenstern sind im Sinne dieser Erfindung sind nicht nur ein oder mehrfach Gläser von Fensterscheiben von Fenstern zu verstehen, sondern vielmehr alle gefaßten Gläser wie z. B. auch Gläser von Scheinwerfern usw. . Unter außenliegenden Bauteilen wiederum sind Bauteile zu verstehen, die an einem Gegenstand außen angeordnet sind, insbesondere Verkleidungsteile, und ins­ besondere Flugzeug-Membran-Teile, Flügel, Klappen usw. und die den Umwelteinflüssen unterliegen.

Aus der DE 31 41 482 A1 ist ein Fenster bekannt, deren Fen­ sterscheibe einen umlaufenden Kantenschutz aus dauerelastischem Kunststoff aufweist. Der Kantenschutz dient bei Einbau der Fen­ sterscheibe in einen Fensterrahmen gleichzeitig als Dichtung. Derartige Fenster werden bspw. beim Bau von Gebäuden oder von Fahrzeugen, wie Autos, Flugzeugen, Zügen oder Schiffen verwen­ det. Wenn die Fensterscheiben verschmutzt sind, werden sie bspw. durch einen Wasserstrahl und/oder einen Scheibenwischer gereinigt. Ferner neigen Fensterscheiben, die sich bei Tempera­ turen unterhalb dem Gefrierpunkt im Freien befinden zur Verei­ sung. Insbesondere bei einer Vereisung ist der Aufwand zur Rei­ nigung der vereisten Fensterscheibe sehr hoch und unangenehm zu bewerkstelligen. Desweiteren wird bei der Enteisung gelegent­ lich ein Schaber verwendet, wodurch die Scheibe auch zerkratzt werden kann. Das Problem der schonenden Reinigung, insbesondere der Enteisung tritt auch bei anderen außenliegenden Bauteilen wie Fensterscheiben auf. Explizit seien hier insbesondere Flü­ gel und Klappen usw. von Flugzeugen sowie Verkleidungsteile von Satelliten genannt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zu entwickeln, mit der das Reinigen von gefaßten Glä­ sern und anderen außenliegenden Bauteilen, und hierbei insbe­ sondere das Enteisen von Fensterscheiben sowie von Flügeln und Klappen an Flugzeugen usw., zumindest vereinfacht und/oder er­ leichtert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß An­ spruch 1 bzw. mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst. Mit dem Schwingungserreger wird das gefaßte Fensterglas rand­ seitig zu Schwingungen erregt, wodurch sich der Schmutz und insbesondere das Eis einfacher löst. Das gleiche gilt auch für die anderen außenliegenden Bauteile, die ebenfalls eine lös- oder unlösbare Halterung aufweisen. Bei den Bauteilen ent­ spricht das Bauteil dann der Fensterscheibe und die Halterung dem Fensterrahmen. Zur Vereinfachung wird im folgenden jedoch nur noch auf Fenster eingegangen, da das erfindungsgemäße Prin­ zip in einfacher Weise auch auf die angesprochenen Bauteile übertragen werden kann.

Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jewei­ ligen Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispie­ len näher erläutert. Dabei zeigt
Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Fenster mit rahmenseitig angeord­ neten Piezoelementen,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine aktive Dichtung mit stati­ stisch darin angeordneten Piezoelementen und zugehöri­ gen elektrischen Kontakten,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine aktive Dichtung mit orientiert darin angeordneten Piezoelementen sowie zugehörigen elektrischen Kontakten,

Fig. 4 einen Schnitt und eine entsprechende Ausschnittsvergrö­ ßerung durch eine aktive Dichtung mit orientiert darin angeordneten Piezoelementen, piezoelektrischen Sensoren sowie zugehörigen elektrischen Kontakten,

Fig. 5 einen quer zur Fläche einer Fensterscheibe geführten Schnitt durch eine in einem Fensterrahmen eingebaute Fensterscheibe mit einer aktiven und einer passiven Dichtung,

Fig. 6 einen quer zur Fläche der Fensterscheibe geführten Schnitt durch eine in einem Fensterrahmen eingebaute Fensterscheibe mit einer mit Sensoren versehenen akti­ ven und einer ebenfalls mit Sensoren versehenen passi­ ven Dichtung und

Fig. 7 ein vereiste und erfindungsgemäß zu Schwingungen erreg­ te Glasscheibe.

In Fig. 1 ist ein Fenster in Aufsicht dargestellt, das eine in einem Fensterrahmen 2 gefaßte Fensterscheibe 3 aufweist, wobei im Übergangsbereich des Fensterrahmens 2 und der Fensterscheibe 3 eine Dichtung zwischen der Fensterscheibe 3 und dem Fenster­ rahmen 2 eine Dichtung angeordnet ist.

Desweiteren sind randseitig an den Flachseiten der Fenster­ scheibe 3 und zwar im Bereich des Übergangs zwischen dem Fen­ sterrahmen 2 und der Fensterscheibe 3 Schwingungserreger ange­ ordnet. Bei den Schwingungserregern handelt es sich zweckmäßi­ gerweise um Piezoelemente 4, die im vorliegenden Fall getrennt und unabhängig voneinander angeordnet sind und die zumindest mittelbar an dem Fensterrahmen 2 und der Fensterscheibe 3 an­ liegen.

Die Piezoelemente können - je nach Vorteile im jeweiligen Ein­ satzfall - bspw. massiv sein und/oder aus mehreren aufeinander gelegten Schichten einzelner Lagen von insbesondere folien- und/oder scheibenartigen Piezokeramiken gebildet sind. Gegen­ über der massiven Bauweise von Piezoelementen verringert sich bei den Multi-layer-Systemen bei gleicher Beanspruchung und gleicher aktiver Fläche - die Spannung, während sich die Strom erhöht.

Das in der Fig. 1 dargestellte Fenster kann in Gebäuden und bevorzugt vor allem bei Kraftfahrzeugen wie Flugzeugen, Bahnen und Bussen sowie insbesondere bei Lastkraft- und/oder Personen­ kraftwagen eingebaut werden.

Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Piezoele­ mente 4 sind die Piezoelemente 4 zweckmäßigerweise in zumeist sowie schon vorhandenen Dichtungen integriert. Eine derartige Dichtung 1 wird im Gegensatz zu einer normalen, passiven Dich­ tung 8 im folgenden aktive Dichtung 1 genannt.

Einige Möglichkeiten zur Ausbildung von derartig aktiven Dich­ tungen 1 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Dichtung 1 mit einer Matrix 6 aus vorzugs­ weise elektrisch leitendem Kunststoff, in den mehrere Piezoele­ mente 4 in beliebiger Größe, Orientierung und körperlicher Ge­ staltung eingebettet sind. Eine derartige Anordnung wird i.a. als 0-3-Piezokeramik-Polymer-Komposit bezeichnet. Im Bereich der Wandungen sind günstigerweise elektrische Kontakte 5 ange­ ordnet, die durch elektrische Steuerleitungen 10 mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) verbunden sind.

Mit dieser Steuereinheit können die Piezoelemente 4 gezielt an­ gesteuert und zu Schwingungen erregt werden, die sich auf die Fensterscheibe 3 übertragen und reinigend und insbesondere enteisend wirken.

In Fig. 3 ist eine aktive Dichtung 1 mit einer Kunststoff- Matrix 6 dargestellt, in der mehrere Piezoelemente 4' eingebet­ tet sind. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind diese Piezoelemente 4' von bestimmter Größe und Form und zusätzlich orientiert angeordnet. Eine derartige Anordnung wird i.a. als 1-3-Piezokeramik-Polymer-Komposit bezeichnet.

Im Bereich der Wandungen der Dichtung 1 sind ebenfalls elektri­ sche Kontakte 5 angeordnet, die gleichfalls durch elektrische Steuerleitungen 10 mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) verbunden sind. Im Unterschied zu der Dichtung 1 nach Fig. 2 ist bei der Dichtung 1 nach Fig. 3 ein jedes Piezoelement 4' einzeln elektrisch kontaktiert und somit auch getrennt einzeln ansteuerbar. Über die elektrischen Kontakte 5 können die ein­ zelnen Piezoelemente 4' gezielt zu Schwingungen mit gewünschten Frequenzen und Amplituden erregt werden.

Die Piezoelemente 4' der Dichtung 1 sind vorzugsweise in der Art von Piezostaks ausgebildet und/oder lamellenartig und ins­ besondere fluchtend hintereinander oder übereinander in der Dichtung 1 angeordnet.

Bei der Herstellung der Dichtung 1 werden die so angeordneten Piezoelemente 4' sinnvollerweise vor dem Einlassen in den die Matrix 6 der Dichtung 1 bildenden Kunststoff noch elektrisch kontaktiert. Damit die Dichtung 1 auch weiterhin ihren üblichen Zweck erfüllt, ist der die Matrix 6 bildende Kunststoff bevor­ zugt aus einem Polymer und insbesondere aus einem Elastomer ge­ fertigt.

In Fig. 4 ist eine aktive Dichtung 1 mit einer Kunststoff- Matrix 6 dargestellt, in der mehrere Piezoelemente 4'' mit zu­ geordneten piezoelektrischen Sensoren 7 eingebettet sind. Die Piezoelemente 4'' gleichen weitgehend denen nach Fig. 3.

Allerdings ist ihnen in Richtung ihrer aktiven Achse ein vor­ zugsweise piezoelektrischer Sensor 7 nachgeordnet. Der Sensor 7 weist einen mit dem Piezoelement 4'' gemeinsamen und einen zu­ sätzlichen elektrischen Kontakt 5 auf. Der gemeinsame Kontakt 5, der zwischen dem Piezoelement 4'' und dem Sensor 7 angeord­ net ist, ist zweckmäßigerweise geerdet bzw. auf ein elektri­ sches Null-Potential gelegt.

Über die elektrischen Kontakte 5 können die einzelnen Piezoele­ mente 4'' gezielt zu Schwingungen mit gewünschten Frequenzen und Amplituden erregt werden.

In vorteilhafter Weise kann bei einer derartigen Dichtung 1 mit dem Sensor 7 die nach der gewünschten Anregung der Piezoelemen­ te 4'' vorliegende Ergebnis-Schwingung ermittelt und der Anre­ gung der Piezoelemente 4'' entsprechend gesteuert werden.

Mögliche Anordnungen der in den vorhergegangenen Figuren be­ schriebenen aktiven Dichtung sind in den Fig. 5 und 6 darge­ stellt, wobei bei allen diesen Ausführungsbeispielen eine Fen­ sterscheibe 3 in ihrem Randbereich auf ihren beiden Flachseiten von dem Fensterrahmen 2 umfaßt ist.

Fig. 5 zeigt einen quer zur Fläche der Fensterscheibe 3 ge­ führten Schnitt durch eine in einem Fensterrahmen 2 eingebaute Fensterscheibe 3. Der Fensterrahmen 2 ist im Bereich der Über­ lappung des Fensterrahmens 2 mit der Fensterscheibe 3 zweitei­ lig ausgeführt, damit die Fensterscheibe 3 randseitig auf ihren beiden Flachseiten umfaßt ist. Im Bereich der Überlappung des Fensterrahmens 2 mit der Fensterscheibe 3 ist links eine passi­ ve Dichtung 8 und rechts eine aktive Dichtung 1 angeordnet. Die passive Dichtung 8 ist von herkömmlicher Bauart, während die aktive Dichtung 1 eine der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Bauweisen aufweisen kann. Am vielseitigsten verwendbar ist hier insbesondere die in Fig. 4 dargestellte Art einer aktiven Dichtung 1.

Der in Fig. 6 dargestellte Schnitt entspricht weitgehend dem­ jenigen nach Fig. 5, wobei hier allerdings auf beiden Flach­ seiten der Fensterscheibe 3 aktive Dichtungen 1 angeordnet sind. Zusätzlich sind hier zwischen den aktiven Dichtungen 1 und der Flachseite der Fensterscheibe 3 noch Sensoren 7 ange­ ordnet. Hierdurch sind die Möglichkeiten zur Einflußnahme auf die zur Reinigung eingeleiteten Schwingungen noch weiter ver­ bessert.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Fenster beid­ seitig der Fensterscheibe 3 aktive Dichtungen 1 auf, wobei die­ se Dichtungen 1 einer aktiven Dichtung 1 entsprechen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist.

Zur Erregung der Piezoelemente werden an die elektrischen Kon­ takte 5 elektrische Wechsel-Spannungen angelegt, wodurch das Kristallgitter der in der Dichtung 1 angeordneten Piezoelemente 4 entgegen ihrer Ruheladung verändert wird und diese zu Schwin­ gen beginnen. Diese Schwingung wird auf die Fensterscheibe 3 übertragen, wo sie einen reinigenden und insbesondere enteisen­ den Effekt aufweist.

Die Frequenzen, mit denen die Piezoelemente angesteuert werden sind u. a. abhängig von der Größe der Fensterscheibe (Größe des außenliegenden Bauteils), von der Dicke der Fensterscheibe und von der Randbedingungen der Halterung der Fensterscheibe im Fensterrahmen. Daher müssen sie bei jedem derartigen Gegenstand gezielt angepaßt werden.

Die Daten zur Erzeugung der künstlichen (Reinigungs-)Schwingung werden idealerweise einem Datenspeicher entnommen, in dem sie niedergelegt sind. In besonderer Weise kann dieser Datensatz gezielt verändert werden. Dazu muß das entsprechende System als lernfähiges System ausgebildet sein.

Obwohl in den Ausführungsbeispielen immer beidseitig eingelas­ sene Fensterscheiben 3 dargestellt sind, betrifft die Erfindung auch Fenster, die nur eine einseitig angeordnete Dichtung 1 aufweisen und ansonst in bekannter Weise einseitig bspw. durch Verschraubungen usw. befestigt oder auch, wie insbesondere bei Seitenfenstern von Kraftfahrzeugen, in Führungsschienen geführt sind. Bei derartigen Fenstern handelt es sich in besonderer Weise um Fenster mit einseitig geklebten Fensterscheiben 3, wie sie heutzutage vorzugsweise im Automobilbereich gebräuchlich sind. Hierbei kann dann das Piezoelement 4, 4', 4'' und/oder der Sensor 7 bzw. die aktive Dichtung 1 im Bereich des Klebers angeordnet sein oder selbst mit verklebt werden.

Sinnvollerweise wird im Fall einer aktiven und Kontakte 5 auf­ weisenden Dichtung 1 die Dichtung 1 vorzugsweise baulich ausge­ richtet, bspw. unter Zuhilfenahme einer Nut angeordnet. Die ge­ zielte Ausrichtung der Dichtung 1 dient dazu, daß die aktive Achse der Piezoelemente 4', 4'' zumindest in etwa in Richtung der höchsten Amplitude bzw. Modendichte und/oder in Kraft­ flußrichtung weist.

Desweiteren kann durch eine entsprechende körperliche Gestal­ tung der Dichtung 1 und der Aufnahme der Dichtung auch der Ort eines Piezoelementes 4', 4'' relativ zu seinem Einbauort fest­ gelegt werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist bei den ansteuerbaren Piezoelementen 4' und 4'' - insbesondere bei in den aktiven Dichtungen 1 angeordneten Piezoelementen 4' und 4'' - noch dar­ in zu sehen, daß durch die Anordnung der Piezoelemente im Rand­ bereich des Fensters und im Bereich des Überganges zwischen der Fensterscheibe 3 und dem Fensterrahmen 2 zur Erregung der Fen­ sterscheibe 3 zu reinigenden Schwingungen nur kleine Hübe not­ wendig sind. Aufgrund der kleinen Hübe und des geringen Ver­ luststromes bei Piezoelementen ist insbesondere der Energiebe­ darf bei dieser Reinigung günstigerweise gering.

In Fig. 7 ist eine Fensterscheibe dargestellt, die in der oben beschriebenen Art zu Schwingungen erregt wurde. Insbesondere ist an den sich kreisförmig ausbreitenden helleren Flächen die Ablösung des Eises gut zu erkennen. Die Erregungsdauer betrug ca. 3 Sekunden, wobei in dieser Zeit die erregende Frequenz von ca. 0 Hz. Frequenz bis auf 5 kHz erhöht bzw. gesweept wurde.

Claims (17)

1. Verfahren zum Reinigen, vorzugsweise zum Enteisen, von in einer Halterung angeordneten Gläsern und anderen außenliegend angeordneten Bauteilen, insbesondere von Fenstern von Fahrzeu­ gen, wobei bei dem Fenster eine Fensterscheibe unter Zuhilfe­ nahme einer Dichtung in einem Fensterrahmen eingefaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Übergangs zwischen Fensterrahmen (2) und Fensterscheibe (3) zumindest ein Schwingungserreger zwischenge­ legt wird und daß mit dem Schwingungserreger die Fensterscheibe (3) zu Schwingungen erregt wird und daß die Schwingungen die Fensterscheibe (3) reinigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtung (1) eine Dichtung (1) gewählt wird, in der der Schwingungserreger angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungserreger eine Piezoelement (4, 4', 4'') ge­ wählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungserreger ein mehrere übereinander angeordnete Lagen aufweisendes Piezoelement (4, 4', 4'') gewählt wird.

5. Vorrichtung zum Reinigen, vorzugsweise zum Enteisen, von in einer Halterung angeordneten Gläsern und anderen außenliegend angeordneten Bauteilen, insbesondere von Fenstern von Fahrzeu­ gen, wobei bei dem Fenster eine Fensterscheibe unter Zuhilfe­ nahme einer Dichtung in einem Fensterrahmen eingefaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Übergangs zwischen Fensterrahmen (2) und Fensterscheibe (3) zwischen Fensterrahmen (2) und Fensterschei­ be (3) zumindest ein Schwingungserreger angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger ein Piezoelement (4, 4', 4'') ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger in der Dichtung (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement (4, 4', 4'') mit einer Steuereinheit ver­ bunden ist und daß das Piezoelement (4, 4', 4'') mit der Steu­ ereinheit zu den (Reinigungs-) Schwingung erregbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Datenspeicher aufweist und daß die Daten zur Steuerung der Sekundär-Schwingung einem im Datenspei­ cher niedergelegten Datensatz entnehmbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Piezoelemente (4, 4', 4'') in einer Dichtung (1) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (1) elektrisch kontaktiert ist und daß die Kontakte (5) im Wandungsbereich der Dichtung (1) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (1) eine Matrix (6) aus Kunststoff, bevorzugt aus einem Polymer und besonders bevorzugt aus einem Elastomer aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelemente (4) in der Dichtung (1) vereinzelt und beliebig verteilt angeordnet sind - im folgenden 0-3- Piezokeramik-Polymer-Komposit genannt

14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelemente (4', 4'') in der Dichtung (1) vereinzelt und ausgerichtet angeordnet sowie elektrisch kontaktiert sind - im folgenden 1-3-Piezokeramik-Polymer-Komposit genannt

15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Piezoelement (4', 4'') mit seiner aktiven Achse in etwa parallel zu der Orthogonalen der Flachseite der Fensterscheibe (3) ausgerichtet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dichtung (1) Sensoren (7) für die Schwingungen ange­ ordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Piezoelement (4'') in zwei Sektoren unterteilt ist, wo­ bei der eine Sektor ein Piezoaktor (4') und der andere Sektor der Sensor (7) ist.