Verteilungseinrichtung und Flüssigkeitsverteilungsaktuator

Die Erfindung betrifft eine Verteilungseinrichtung für einen Flüssigkeitsverteilungsaktuator sowie einen Flüssigkeitsverteilungsaktuator mit einer solchen Verteilungseinrichtung.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Wasserverteilung für eine Fahrzeugreinigung zu verbessern, und zwar im Hinblick auf die zunehmende Zahl von Fahrzeugsensoren.

Diese Aufgabe wird durch eine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagene und unter Schutz gestellte Verteilungseinrichtung gelöst. Es wird ferner ein Flüssigkeitsverteilungsaktuator mit einer solchen Verteilungseinrichtung vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 8). Des Weiteren werden eine Reinigungsvorrichtung sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 11 und 12). Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es wird eine Verteilungseinrichtung zur Versorgung einzelner Reinigungsstellen eines Fahrzeugs mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit vorgeschlagen.

Die Verteilungseinrichtung weist dabei ein Gehäuse mit einem Zulaufanschluss und mehreren Ablaufanschlüssen auf sowie einen darin angeordneten, elektromotorisch antreibbaren, drehbar verstellbaren Verteiler, an welchem Flüssigkeitsaufnahme- und Flüssigkeitsführungsmittel ausgeformt sind.

Der Verteiler ist dabei in definierte Positionen relativ zum Gehäuse drehbar verstellbar, um eine Flüssigkeitsversorgung über die einzelnen Ablaufanschlüsse zu ermöglichen. Dabei wird vorgeschlagen, eine Antriebseinheit zur Drehverstellung des Verteilers in das Gehäuse und den Verteiler zu integrieren, wobei das Gehäuse mit einem magnetisierbaren Spulenkörper bzw. einer magnetisierbaren Spule bzw. Spulenwicklung versehen ist und als Stator der Antriebseinheit fungiert und wobei der Verteiler magnetisch ausgeführt ist und als Rotor der Antriebseinheit fungiert.

Die Integration der Antriebseinheit in die Verteilungseinrichtung ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung eines Flüssigkeitsverteilungsaktuators.

Unter einer Reinigungsstelle kann dabei eine einem Fahrzeugsensor zugeordnete Reinigungsstelle verstanden werden. Dabei muss diese Reinigungsstelle nicht selbst Teil des Sensors sein, sondern sie kann zu diesem beabstandet angeordnet sein, so zum Beispiel eine Stelle auf einer Windschutzscheibe und dergleichen mehr. Die Reinigungsstelle kann aber auch Teil eines Fahrzeugsensors sein, etwa eine einer Kamera zugeordnete Reinigungsstelle. Eine Reinigungsstelle kann aber auch eine andere Stelle des Fahrzeugs sein, die als solche keinem Fahrzeugsensor zugeordnet ist, beispielsweise eine weitere Stelle auf der besagten Windschutzscheibe, eine Stelle auf einem Scheinwerfer und dergleichen mehr.

Unter einer Flüssigkeit bzw. Reinigungsflüssigkeit kann dabei im einfachsten Fall Wasser verstanden werden, vorteilhafterweise jedoch eine wässrige Reinigungsmittellösung, d.h. Wasser in Verbindung mit einem Reinigungsmittelzusatz. Die Reinigungsmittellösung kann dabei zudem vorteilhafterweise ein Gefrier- bzw. Frostschutzmittel enthalten, welches als solches den Gefrierpunkt der Reinigungsmittellösung herabsetzt.

Der Verteiler kann dabei aus einem magnetisierbaren Werkstoff ausgebildet sein, in welchem Magnetpartikel gebunden sind, etwa aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff mit darin gebundenen Magnetpartikeln. Zusätzlich oder alternativ dazu der Verteiler mit Permanentmagneten versehen sein, um ihn magnetisch auszuführen. Es wird ferner vorgeschlagen, den Verteiler in Gestalt einer Scheibe auszubilden, um eine noch kompaktere Ausführung eines Flüssigkeitsverteilungsaktuators zu ermöglichen.

Außerdem reduziert eine solche Verteilerscheibe das seitens der Antriebseinheit zur Verstellung des Verteilers aufzubringende Drehmoment auf ein Minimum.

Die Flüssigkeitsaufnahme- und Flüssigkeitsführungsmittel des Verteilers - insbesondere in Gestalt einer Verteilerscheibe - umfassen dabei eine stirnseitige Radialnut, welche die Flüssigkeit zu den gewünschten Stellen der Verteilungseinrichtung, d.h. zu den einzelnen Ablaufanschlüssen führt bzw. steuert.

Die Radialnut ist dabei in Gestalt eines offenen Profils ausgeführt und erstreckt sich von einer radialumfangsseitigen Außenfläche des Verteilers in den Verteiler.

Die Radialnut kann dabei zudem in Form einer sog. Radialdurchgangsnut ausgeführt sein, die sich als solche zwischen mindestens zwei Stirnflächen des Verteilers bzw. von Stirnseite zu Stirnseite des Verteilers, d.h. in einer Längsrichtung des Verteilers durch den Verteiler hindurch erstreckt.

Alternativ dazu kann zu beiden Seiten bzw. Stirnseiten des Verteilers bzw. stirnseitig am Verteiler je eine Radialnut vorgesehen sein, die sich nur um ein bestimmtes Maß in den Verteiler hinein erstreckt. D.h., dass diese beiden Radialnuten einander gegenüber liegen und durch eine zwischen ihnen liegende Wandung des Verteilers voneinander getrennt sind.

Der Zulaufanschluss speist dabei einen Radialspalt - mittelbar über den Verteiler oder unmittelbar - mit druckbeaufschlagter Flüssigkeit, welchen der Verteiler radialumfangsseitig mit dem Gehäuse bildet und welcher die Flüssigkeit zur Radialnut führt bzw. steuert.

Durch die unmittelbare bzw. direkte Speisung bzw. Beaufschlagung des Radialspalts lässt sich das seitens der Antriebseinheit zur Verstellung des Verteilers aufzubringende Drehmoment noch weiter reduzieren. Ferner bedingt die unmittelbare bzw. direkte Beaufschlagung des Radialspalts eine noch kompaktere Ausführung der Verteilungseinrichtung, so dass insgesamt noch weniger Bauraum benötigt wird.

Im Falle der Ausbildung des Verteilers in Gestalt der besagten Verteilerscheibe bildet die Verteilerscheibe im Betrieb der Verteilungseinrichtung stirnseitig mit dem jeweils zugeordneten Gehäuseteil bzw. Gehäuseabschnitt einen definierten Axialspalt aus, über weichen sich geförderte Flüssigkeit im Gehäuse ausbreitet und dabei stirnseitig einen Flüssigkeitsleckagefilm bzw. eine Flüssigkeitsleckageströmung bildet, welcher / welche die Verteilerscheibe vom Gehäuse beabstandet.

Die Verteilerscheibe ist dabei dichtungsfrei - d.h. ohne ein separates Dichtelement bzw. ohne separate Dichtelemente - gegenüber dem Gehäuse ausgeführt. Daher wird vorgeschlagen, einen Flüssigkeitsrücklauf zu einem Tank vorzusehen. Zu diesem Zweck ist ein im Betrieb der Verteilungseinrichtung zwischen der Verteilerscheibe und dem Gehäuse von geförderter Flüssigkeit gefüllter, zusammenhängender Raum mit einem Rücklaufanschluss am Gehäuse fluidisch verbunden.

Die Verteilerscheibe bildet dabei über mindestens eine geschlossen umlaufende und einen Bund bildende Stirnfläche und dem ihr zugeordneten Gehäuseabschnitt einen sog. minimalen Axialspalt - im Sinne eines Dichtspaltes - aus, in welchem sich der zuvor genannte Flüssigkeitsleckagefilm bzw. die zuvor genannte Flüssigkeitsleckageströmung einstellt bzw. ausbildet. Diese mindestens eine Stirnfläche wirkt dabei im Sinne einer Dichtfläche.

Es wird ferner vorgeschlagen, die Verteilerscheibe bezüglich einer Achse orthogonal zur Längsachse der Verteilerscheibe symmetrisch bzw. spiegelsymmetrisch auszubilden, um ein hydrostatisches Gleichgewicht im Gehäuse bzw. an der Verteilerscheibe erzeugen zu können. Dabei wird vorgeschlagen, die Verteilerscheibe stirnseitig mit zumindest einem Druckausgleichsmittel in Gestalt einer Vertiefung zu versehen, um das hydrostatische Gleichgewicht erzeugen zu können.

Zusätzlich oder alternativ dazu wird vorgeschlagen, die Verteilerscheibe stirnseitig mit Druckausgleichsmitteln in Gestalt von Durchgangslöchern zu versehen, um das hydrostatische Gleichgewicht erzeugen zu können.

Der besagte, stirnseitige Axialspalt beträgt dabei bspw. ca. 10 bis 50pm, vorzugsweise aber ca. 10 bis 30pm. Der besagte umgangsseitige Radialspalt hingegen beträgt bspw. 10 bis 100pm, vorzugsweise aber ca. 50 bis 100pm.

Zur weiteren Veranschaulichung des vorgeschlagenen Wasserverteilungsmechanismus wird hiermit auf die deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldeaktenzeichen DE10 2021 208 936.4 und DE10 2021 210 883.0 verwiesen, auf welcher die vorliegende Offenbarung basiert und zu welcher die vorliegende Offenbarung eine Weiterentwicklung darstellt. Dabei wird insbesondere auf die in der DE10 2021 210 883.0 beschriebenen Flüssigkeitsaufnahme- und Flüssigkeitsführungsmittel am bzw. im Verteiler und am Gehäuse der Verteilungseinrichtung verwiesen, welche als solche die Flüssigkeitsaufnahme und Flüssigkeitsverteilung sowie auch ein hydrostatisches Gleichgewicht im Gehäuse bzw. an der Verteilerscheibe bewirken. Insofern werden die DE10 2021 208 936.4 und DE10 2021 210 883.0 hiermit auch zum Offenbarungsgehalt dieser vorliegenden Beschreibung gemacht.

Der vorgeschlagene Wasserverteilungsmechanismus vereinfacht eine Fahrzeugreinigungsvorrichtung bzw. ein Fahrzeugreinigungssystem und reduziert somit die damit verbundenen Kosten, weil sich durch ihn Flüssigkeitsförderpumpen sowie Ventilblöcke mit separat betätigbaren Ventilen einsparen lassen. Folglich geht damit auch eine Gewichtsersparnis einher. Indem Förderpumpen eingespart werden, vereinfacht sich auch eine entsprechende Pumpenansteuerung. Zudem reduziert dieser vorgeschlagene Wasserverteilungsmechanismus einen Reinigungsflüssigkeitsverbrauch. Und dies wiederum äußert sich in einer Erhöhung einer Reichweite eines Fahrzeugs, die sich als solche mit einer Befüllung eines Reinigungsflüssigkeitsbehälters bzw. Tanks erreichen lässt. Insbesondere gilt dies für zukünftig vollautonom fahrende Fahrzeuge, die gegenüber bisherigen Fahrzeugen eine signifikant höhere Anzahl an Sensoren - einschließlich sicherheitsrelevanter Sensoren - aufweisen werden und deren Funktionsfähigkeit sichergestellt werden muss.

Ferner begünstigt die Einsparung von erforderlichen Vorrichtungs- bzw. Systemkomponenten auch eine entsprechende Kompaktheit einer solchen Vorrichtung bzw. eines solchen Systems, so dass insgesamt weniger Bauraum benötigt wird.

Es wird ferner ein Flüssigkeitsverteilungsaktuator mit einer Verteilungseinrichtung bzw. Distributionseinrichtung der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.

Der Flüssigkeitsverteilungsaktuator umfasst dabei zudem eine Steuerungseinheit zur Drehverstellung bzw. Steuerung des Verteilers. Diese Steuerungseinheit kann dabei als integraler Bestandteil des Aktuators am Gehäuse der Verteilungseinrichtung vorgesehen sein.

Die Steuerungseinheit kann dabei zudem zur Steuerung einer zugeordneten Flüssigkeitsförderpumpe ausgebildet sein, welche als solche mit dem Aktuator fluidisch verbunden ist.

Zudem wird eine Reinigungsvorrichtung bzw. ein Reinigungssystem für ein Fahrzeug zur Reinigung einer Vielzahl von Reinigungsstellen am Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Reinigungsvorrichtung bzw. das Reinigungssystem zumindest einen Flüssigkeitsverteilungsaktuator der zuvor beschriebenen Art umfasst.

Darüber hinaus wird auch ein Fahrzeug mit einer Reinigungsvorrichtung der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen. Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches entweder verbrennungsmotorisch und/oder elektromotorisch betrieben wird, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Dabei handelt es sich vorzugsweise um teilautonom und insbesondere um vollautonom betriebene Fahrzeuge.

Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen schematisch:

Fig. 1 einen vorgeschlagenen Flüssigkeitsverteilungsaktuator in einer ersten Schnittdarstellung sowie

Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten Aktuator in einer zweiten Schnittdarstellung.

Der vorgeschlagene Flüssigkeitsverteilungsaktuator A dient der Versorgung einzelner Reinigungsstellen eines Fahrzeugs mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit bzw. Reinigungsflüssigkeit.

Der Aktuator A umfasst dabei eine Verteilungs- bzw. Distributionseinrichtung D mit einem bspw. im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse G, welches z.B. einen ersten Gehäuseteil 2, einen zweiten Gehäuseteil 4 sowie einen dritten Gehäuseteil 6 in Gestalt eines Distanzringes aufweist, welcher als solcher zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem Gehäuseteil 4 angeordnet ist. Am Gehäuseteil 4 sind stirnseitig und außenseitig ein Zulaufanschluss und mehrere Ablaufanschlüsse vorgesehen.

Die drei Gehäuseteile 2, 4, 6 bilden im gefügten Zustand einen Gehäuseraum aus, in welchem ein Verteiler 8 in Gestalt einer Scheibe angeordnet und in definierte Positionen relativ zum Gehäuse 2, 4, 6 drehbar verstellbar ist (Fig. 1 ). Diese Gehäuseteile 2, 4, 6 sind dabei z.B. aus einem duroplastischen Kunststoff oder einem thermoplastischen Kunststoff - etwa aus einem PPS-GF-Werkstoff (PPS = Polyphenylensulfid) - hergestellt bzw. gespritzt.

Der Aktuator A umfasst ferner eine Antriebseinheit zur Drehverstellung der Verteilerscheibe 8 in die besagten Positionen, um eine Flüssigkeitsversorgung über die einzelnen Ablaufanschlüsse zu ermöglichen. Die Antriebseinheit ist dabei in das Gehäuse G und die Verteilerscheibe 8 integriert, wobei das Gehäuse G als - trockener - Stator der Antriebseinheit fungiert, während die Verteilerscheibe 8 als - nasser bzw. nasslaufender - Rotor der Antriebseinheit fungiert.

Eine magnetisierbare Spule 10 - etwa ein-, zwei- oder dreiphasig ausgebildet - ist dabei vom Gehäuseteil 2 umfasst bzw. mit diesem verspritzt. Die Verteilerscheibe 8 hingegen ist magnetisch ausgeführt. Dabei kann die Verteilerscheibe 8 auch aus einem duroplastischen Kunststoff oder einem thermoplastischen Kunststoff - etwa einem PPS-GF-Werkstoff (PPS = Polyphenylensulfid) - hergestellt bzw. gespritzt sein. Diese Kunststoffe können dabei magnetisch, d.h. mit darin gebundenen Magnetpartikeln ausgeführt sein, etwa in Form von z.B. Nd-Fe-B-Magnetpartikeln, die sich als solche entsprechend magnetisieren lassen.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Verteilerscheibe 8 auch mit einzelnen bzw. separaten Permanentmagneten bestückt sein, welche in die Verteilerscheibe 8 integriert bzw. von der Verteilerscheibe 8 umfasst sein können, um sie hinreichend magnetisch auszuführen. Dabei können diese Permanentmagnete mit der Verteilerscheibe 8 verspritzt sein.

Zur induktiven Erkennung der Lage bzw. der Position der Verteilerscheibe 8 im Gehäuseraum kann an der Verteilerscheibe 8 bspw. ein relativ mittig angeordneter, magnetisierter Kunststoffabschnitt bzw. eine magnetisierte Kunststoffspur / Sensorspur vorgesehen sein, welcher / welche mit einer separaten Sensorwicklung 12 im Gehäuseteil 2 zusammenwirkt. Zusätzlich oder alternativ zu diesem magnetisierten Kunststoffabschnitt kann mindestens ein separates Metallelement in diesem Bereich der Verteilerscheibe 8 angebracht sein bzw. von der Verteilerscheibe 8 umfasst sein bzw. mit der Verteilerscheibe 8 verspritzt sein, welches mit der Sensorwicklung 12 entsprechend zusammenwirkt.

Die Gehäuseteile 2, 4 sind zudem jeweils mit mindestens einem ferromagnetischen Element bzw. Rückschlusselement 16 versehen, etwa in Gestalt einer bspw. kreisrunden Scheibe bzw. Platte, welche einen magnetischen Rückschluss innerhalb der Antriebseinheit bewirkt.

Diese beiden Rückschlusselemente 16 bewirken dabei eine Aufhebung oder zumindest nahezu eine Aufhebung von auf die Verteilerscheibe 8 wirkenden magnetischen Kräften bzw. Axialkräften. Im Idealfall bzw. in einer Ausführung bedarf es keiner Achse, welche die Verteilerscheibe 8 im Gehäuseraum aufnimmt, denn die Verteilerscheibe 8 ist in radialer Richtung magnetisch und in axialer Richtung über das feine Spiel bzw. die beiden stirnseitigen Dichtspalte entsprechend zentriert.

In einer Ausführung sind die beiden Rückschlusselemente 16 derart zur Verteilerscheibe 8 angeordnet, dass im Betrieb der Verteilungseinrichtung D die hydraulischen und magnetischen Kraftverhältnisse bzw. die auf die Verteilerscheibe 8 wirkenden hydraulischen und magnetischen Kräfte in der Summe derart ausfallen, dass eine Beabstandung der Verteilerscheibe 8 vom bzw. zum Gehäuse G, 2, 4, 6 sichergestellt ist.

In einer weiteren Ausführung kann jedoch eine solche Achse vorgesehen sein. Dabei kann diese Achse gegenüber dem Gehäuse G feststehend oder rotierend sein. Dabei ist diese Achse zumindest durch eines der Gehäuseteile 2, 4 aufgenommen.

Im Falle bspw. einer gegenüber dem Gehäuse G feststehenden Achse ist diese in zumindest eines der beiden Gehäuseteile 2, 4 klemmend eingesteckt, d.h. zumindest einseitig durch eines der beiden Gehäuseteile 2, 4 klemmend aufgenommen, so dass die Verteilerscheibe 8 relativ zur Achse rotierbar ist. Alternativ dazu ist diese Achse feststehend zur Verteilerscheibe 8 und mit dieser gegenüber dem Gehäuse G rotierbar.

Dadurch, dass es bei der vorgeschlagenen Antriebseinheit keiner elektromotorisch betriebenen Antriebswelle bedarf, die sich als solche von außen in den Gehäuseraum erstreckt, entfällt vorteilhafterweise auch die Notwendigkeit eines entsprechenden Dichtelements, welches sowohl gegenüber der Welle als auch gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Somit werden Reibungsverluste reduziert und zudem unerwünschte Leckagen über ein solches Dichtelement vermieden.

Die vorgeschlagene Antriebseinheit kann dabei als BLDC-Motor ausgeführt sein (mit einer Dreiecks- oder Sternverschaltung), etwa in Gestalt eines Synchron- oder Reluktanzmotors.

Die gezeigten konkaven Ausformungen in der Verteilerscheibe 8 sowie in den Gehäuseteilen 2, 4 (vgl. Fig. 1 ) veranschaulichen dabei nur schematisch die besagten, eingangs beschriebenen Flüssigkeitsaufnahme- und Flüssigkeitsführungsmittel der Verteilungseinrichtung D. Diesbezüglich wird auf die beiden - bereits eingangs erwähnten - deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldeaktenzeichen DE10 2021 208 936.4 und DE10 2021 210 883.0 verwiesen, auf welcher die vorliegende Offenbarung basiert und zu welcher die vorliegende Offenbarung eine Weiterentwicklung darstellt. Insofern werden die DE10 2021 208 936.4 und DE10 2021 210 883.0 hiermit auch zum Offenbarungsgehalt dieser vorliegenden Beschreibung gemacht.

Diese Flüssigkeitsaufnahme- und Flüssigkeitsführungsmittel, welche den Gehäuseraum mit ausbilden, können dabei entweder nur an bzw. in der Verteilerscheibe 8 oder sowohl an bzw. in der Verteilerscheibe 8 als auch am Gehäuse G vorgesehen bzw. ausgeformt sein.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exempla- rischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.