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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Enteisungssystem zum Enteisen
einer Scheibe, insbesondere einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs.
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2. Der Stand der Technik
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Bei
Fahrzeugen aller Art tritt in der kalten Jahreszeit häufig das
Problem der Vereisung von Scheiben auf. So sind beispielsweise die
Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen, die über Nacht im Freien parken,
bei Frosttemperaturen typischerweise mit einer dünnen Eisschicht belegt. Die
manuelle mechanische Entfernung dieser Eisschicht ist mühsam und
zeitaufwendig, so dass in vielen Fällen vor Fahrtantritt nur ein
kleiner Teil der Frontscheibe vom Eis befreit wird. Die Sichtverhältnisse
während der
ersten Kilometer der Fahrt sind daher zumeist stark eingeschränkt mit
entsprechenden Konsequenzen für
die aktive Sicherheit des Fahrzeugs.
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Zur Überwindung
dieser Schwierigkeit ist seit langem aus dem Stand der Technik bekannt,
Systeme, die bei normalen Temperaturen zur Reinigung der Scheibe
dienen, auch zur Enteisung zu verwenden. Solche Anlagen weisen üblicherweise
eine Pumpe auf, die aus einem Vorratsbehälter eine Waschflüssigkeit
mit einer oder mehreren Düsen
auf die Frontscheibe spritzt. Damit die Scheibe auch während der
Fahrt gereinigt werden kann, wird die Waschflüssigkeit mit einem vom Fahrtwind
nur unwesentlich beeinflussten, gerichteten Strahl aus der Düse auf die
Frontscheibe aufgebracht und anschließend durch die Betätigung der
Scheibenwischer verteilt.
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Um
mit solch einem System zusätzlich
auch die Scheibe zu enteisen, wurde vorgeschlagen, die Waschflüssigkeit
auf eine erhöhte
Temperatur zu heizen, so daß sich die
Eisschicht beim Bespritzen mit der heißen Flüssigkeit von der Scheibe löst und/oder abtaut.
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Ein
Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der
DE 44 06 653 offenbart. Dabei wird
ein Isolierbehälter
mit einer Widerstandsheizung in der Leitung zwischen dem Behälter, der
die Waschflüssigkeit
enthält,
und zwei Düsen
angeordnet. Das Volumen des Isolierbehälters ist dabei so bemessen,
das ein wiederholtes Bespritzen der Frontscheibe des Fahrzeugs mit
vorgeheizter Waschflüssigkeit
möglich wird.
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Abgesehen
von dem erheblichen Aufwand und den Kosten, die der Einbau des speziellen
Isolierbehälters
verursacht, belastet das System gemäß der
DE 44 06 653 die Batterie des Fahrzeugs,
da die Temperatur der Waschflüssigkeit
ständig
auf einer erhöhten
Temperatur gehalten wird. Um den Stromverbrauch zu begrenzen, offenbart
die
DE 44 06 653 eine
komplizierte elektrische Schaltung, die die Heizung nur dann anschaltet,
wenn die Temperatur der Waschflüssigkeit
in dem Isolierbehälter
unter eine bestimmte Solltemperatur gefallen ist. Bei längeren Stillstandzeiten
des Fahrzeugs wird die Heizung zur Schonung der Batterie ganz abgeschaltet.
Trotz der Isolierung kühlt
daher über
Nacht die Waschflüssigkeit
ab, so dass beim Starten des Fahrzeugs am Morgen heiße Waschflüssigkeit
nicht zur Verfügung
steht sondern erst auf das langsame Aufheizen im großen Isolierbehälter gewartet
werden muss.
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Eine
weitere Vorrichtung zum Heizen der Waschflüssigkeit ist in der
US 5,354,965 offenbart. Hier
wird die für
einen Spritzvorgang benötigte
Menge an Waschflüssigkeit
in einem U-förmigen
geheizten Rohr bzw. in einem kleinen Metallbehälter jeweils vor dem Spritzvorgang
auf Knopfdruck erhitzt. Bei einem erneuten Knopfdruck wird die erwärmte Flüssigkeit
durch eine Pumpe auf die Scheibe gespritzt. Nach Ende eines Spritzvorgangs
wird durch die entsprechende Anordnung des Metallbehälters in
Bezug auf die Düsen
und die Leitungsführung
zum Vorratsbehälter
sichergestellt, dass die für
den nächsten Spritzvorgang
notwendige Menge an Waschflüssigkeit
in dem U-förmigen
Rohr bzw. dem Metallbehälter verbleibt.
Daher gestaltet sich der Einbau dieses Systems schwierig, da eine
zuverlässige
Funktionsweise nur bei korrekter Anordnung des Reservoirs, der Leitungen
und des U-förmigen
Rohrs bzw. des Metallbehälters
erreicht wird.
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Da
der Metallbehälter
bzw. das U-förmige Rohr
ständig
mit dem Rest der Anlage in unmittelbarer Verbindung steht, ist ferner
die thermische Isolierung vergleichsweise schlecht, so dass auch
hier Aufheizzeiten von ca. zwei Minuten vor jedem „Schuß" benötigt werden.
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Aufheizzeiten
dieser Länge
sind deshalb besonders nachteilig, weil sowohl in dem System gemäß der
DE 44 06 653 als auch gemäß der
US 5,354,965 eine signifikante
Enteisungswirkung durch einmaliges Spritzen auch mit erwärmter Waschflüssigkeit
nicht erzielt wird. Der gerichtete Strahl an Waschflüssigkeit,
der die Scheibe nur in einem kleinen Bereich trifft und anschließend mit
Hilfe der Scheibenwischer verteilt werden soll, taut bestenfalls einen
kleinen Teil der Scheibe auf, insbesondere, da bei den entsprechenden
Außenbedingungen
die Scheibenwischer häufig
festgefroren sind. Eine schnelle großflächige Enteisung, die die Voraussetzung
für klare
Sicht ist, wird mit den Anlagen nach dem Stand der Technik nicht
erreicht. Auch die wiederholte Anwendung kann daran kaum etwas ändern, da
immer nur derselbe kleine Bereich der Scheibe vom Strahl der erwärmten Waschflüssigkeit getroffen
wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit gemäß eines ersten Aspekts das
Problem zugrunde, eine Enteisungsanlage für eine Scheibe eines Fahrzeuges,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die in kürzester
Zeit große
Teile der Scheibe von einer Eisschicht befreit.
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Eine
weitere Enteisungsanlage ist aus der
WO-A-9858826 und der
US-A-6029908 bekannt.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung soll ein einfaches und
kostengünstiges
System geschaffen werden, das auch nach langen Stillstandzeiten
des Fahrzeug in kürzester
Zeit die für
die Enteisung erforderliche Menge an Flüssig keit erwärmt und
auf die Scheibe aufbringt und damit die oben genannten Nachteile
des Standes der Technik überwindet.
Dieses Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Enteisungssystem zum Enteisen
einer Scheibe, insbesondere einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs,
mit einem Reservoir zur Aufnahme einer Enteisungsflüssigkeit, einem
Heizelement zum Erhitzen der Enteisungsflüssigkeit, einer Pumpe, die
die Enteisungsflüssigkeit vom
Reservoir durch das Heizelement zu zumindest einer Austrittsöffnung pumpt,
wobei die zumindest eine Austrittsöffnung so ausgebildet ist,
dass die erhitzte Enteisungsflüssigkeit
fein zerstäubt
wird und sich als verteilte, heiße Tröpfchen auf der zu enteisenden
Scheibe niederschlägt.
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Die
Flüssigkeit
des Enteisungssystems wird somit nicht in Form von einem oder mehreren
auf die Scheibe gerichteten Strahlen aufgebracht und danach durch
die Scheibenwischer verteilt, sondern die erfindungsgemäße Zerstäubung erzeugt über der
zu enteisenden Scheibe eine Wolke fein verteilter heißer Tröpfchen,
die beim Niederschlag die Scheibe großflächig enteisen. Dabei ist die
Temperatur und die Größe der Tröpfchen so
bemessen, dass ihre thermische Energie ausreicht, um jeweils eine
kleine Fläche des
Eisbelags aufzutauen. Vorzugsweise weisen die heißen Tröpfchen einen
Durchmesser zwischen 0,5 mm und 1 mm auf.
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Tests
haben gezeigt, dass bei Temperaturen von bis zu –30° C ein einziger „Schuss" mit dem erfindungsgemäßen Enteisungssystem
ausreicht, um den überwiegenden
Teil der Windschutzscheibe eines Fahrzeuges in wenigen Sekunden
vom Eis zu befreien. Vorzugsweise verteilt die Austrittsöffnung die
heißen
Tröpfchen
der Enteisungsflüssigkeit
dabei fächerförmig über der
Scheibe.
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Damit
gemäß des Aspekts
der vorliegenden Erfindung die Vorlaufzeit bis zur Enteisung der
Scheibe aus jeder beliebigen Situation heraus verkürzt wird,
heizt das Heizelement nur die jeweils für einen Zerstäubungsvorgang
benötigte
Menge an Enteisungsflüssigkeit – bevorzugt
erst unmittelbar vor dem Zerstäubungsvorgang – auf. Damit
entfällt
einerseits die Notwendigkeit für
aufwendige thermische Isolierungen und andererseits sind komplizierte
elektrische Schutzschaltungen für
die Batterie wie im Stand der Technik nicht erforderlich.
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Erfindungsgemäß ist ein
erstes Ventil zwischen dem Reservoir und dem Heizelement und ein zweites
Ventil zwischen dem Heizelement und der zumindest einen Austrittsöffnung angeordnet,
um die für
einen Zerstäubungsvorgang
benötigte
Menge an Enteisungsflüssigkeit
während
des Aufheizens von der übrigen
Enteisungsflüssigkeit
zu trennen. Dies verbessert die thermische Isolation der für einen
Zerstäubungsvorgang
benötigten
Menge an Enteisungsflüssigkeit
und verkürzt
damit signifikant die Aufheizdauer.
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Das
erste und das zweite Ventil werden durch das Einschalten der Pumpe
hydraulisch geöffnet.
Während
das erste Ventil als ein Rückschlagventil
ausgebildet ist, ist das zweite Ventil so ausgebildet, dass es gegen
den während
des Aufheizens der Enteisungsflüssigkeit
entstehenden Druck im Heizelement geschlossen bleibt und sich erst
bei einer zusätzlichen
Druckerhöhung
durch das Einschalten der Pumpe öffnet.
Durch die Anordnung und Ausbildung dieser beiden Ventile müssen beim
Einbau des System einerseits keine Vorgaben im Hinblick auf die vertikale
Position des Heizelements in Bezug auf die Leitungen oder das Reservoir
beachtet werden, andererseits kann auf teure und störungsanfällige elektromagnetisch
gesteuerte Ventile verzichtet werden.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erfolgt das Einschalten der Pumpe automatisch,
wenn die im Heizelement befindliche Enteisungsflüssigkeit eine bestimmte Solltemperatur
erreicht hat. Alternativ dazu kann das Einschalten der Pumpe auch
automatisch nach einer bestimmten Zeit nach dem Beginn des Heizens
erfolgen.
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Weitere
vorteilhafte Fortentwicklungen sind Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird ein
drittes Ventil als ein Rückschlagventil
bereitgestellt, das öffnet,
wenn nicht benötigte
Enteisungsflüssigkeit
von den Zerstäuberdüsen zurückläuft, so
dass die darüberstehende
Säule der
Enteisungsflüssigkeit
in den Vorratsbehälter
zurück
fließen
kann.
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4. Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird eine derzeit bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben,
in der zeigt:
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1:
Eine schematische Darstellung der Elemente eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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2:
Eine schematische Darstellung der von dem erfindungsgemäßen Enteisungssystem
erzeugten Wolke aus heißen
Tröpfchen
der Enteisungsflüssigkeit;
und
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3:
Eine Detaildarstellung des Heizelements im bevorzugten Ausführungsbeispiel
aus 1.
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5. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Enteisungssystems
für die
Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Es versteht
sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch für die Enteisung
von Scheiben andere Fahrzeuge wie z.B. Züge oder Flugzeuge verwendet
werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst das erfindungsgemäße Enteisungssystem
ein Reservoir 1, das zur Aufnahme der Enteisungsflüssigkeit
dient. Je nach Fahr zeugtyp und dem unter der Motorhaube zu Verfügung stehenden
Platz weist das Reservoir 1 unterschiedliche Größen und
Formen auf. Als Enteisungsflüssigkeit
wird vorzugsweise ein Gemisch aus Wasser und einem Alkohol, beispielsweise
Isopropanol, verwendet. Der Anteil des Alkohols liegt dabei vorzugsweise
bei 50%; bei Verwendung in extrem kalten Gebieten können auch
Gemische mit deutlich höherem
Alkoholgehalt verwendet werden, um ein Einfrieren der Enteisungsflüssigkeit
zu verhindern.
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Mit
einer Pumpe 10 wird die Enteisungsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 1 in
Pfeilrichtung gepumpt (vgl. 1). Die
Pumpe 10 kann dabei innerhalb oder außerhalb des Vorratsbehälters 1 angeordnet
werden, ohne dass dies auf die erfindungsgemäße Konstruktion Einfluss hat.
Als Pumpe 10 können Aggregate
verwendet werden, wie sie aus dem Stand der Technik für Scheibenwaschanlagen
von Kraftfahrzeugen bekannt sind.
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Über einen
Leitungsabschnitt 20 gelangt die Enteisungsflüssigkeit
zu einer T-stückartigen
Verzweigung 21, an die sich jeweils zwei Rückschlagventile 22, 23 anschließen. Die
Rückschlagventile 22, 23 sind
so angeordnet, dass beim Betrieb der Pumpe 10 die Enteisungsflüssigkeit
durch das Rückschlagventil 22 in
Richtung des kleinen waagrechten Pfeils zu einem Heizelement 30 fließt. Die
nach oben gerichtete Fortsetzung der Leitung wird durch das Rückschlagventil 23 gesperrt,
so dass die gesamte von der Pumpe 10 geförderte Enteisungsflüssigkeit zum
Heizelement 30 geführt
wird. Beim Rücklauf
von nicht verwendeter Enteisungsflüssigkeit von den Zerstäubern 50 (siehe
unten) gibt das Rückschlagventil 23 frei,
damit die darüberstehende
Säule an
Enteisungsflüssigkeit
zurück
in den Vorratsbehälter 1 gelangen
kann.
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Das
Heizelement 30 (vgl. Detaildarstellung in 3)
dient der schnellen Aufheizung der für einen Enteisungsvorgang benötigten Menge
an Enteisungsflüssigkeit.
Diese Menge wird abhängig
von der Größe der zu
enteisenden Scheibe variieren; typische Volumina liegen im Bereich
von ca. 100 ml. Dabei ist dies die Menge an Enteisungsflüssigkeit,
die für
einen einzigen „Schuss" des Systems (Dauer
ca. 3s) benötigt
wird.
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In
einer durch eine Mittelwand 31 geteilten Kammer 32 des
Heizelements 30, sind bevorzugt zwei Heizkörper 33 angeordnet.
Die Heizkörper 33 sind
vorzugsweise PTC Thermistoren (PTC = positive temperature coefficient).
Denkbar ist auch die Verwendung anderer Heizelemente, wie z.B. gewöhnlicher
Widerstandsdrähte
o.ä.. Die
PTC-Thermistoren weisen jedoch durch die Zunahme ihres elektrischen Widerstandes
bei steigender Temperatur einen vorteilhaften selbstregulierenden
Effekt auf, der eine Überlastung
der Batterie des Fahrzeugs verhindert. Typische Leistungsaufnahmen
liegen zwischen 800 und 1000 W. Die Wärmekapazität der PTC-Thermistoren ist
vergleichsweise klein, so dass die eingespeiste elektrische Leistung
ohne Zeitverzögerung unmittelbar
als Wärme
abgegeben wird.
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Wenn
ein Enteisungsvorgang gestartet wird, beispielsweise durch einmalige
Betätigung
eines elektrischen Schaltkontaktes im Fahrzeuginneren, beginnt das
Heizelement 30 die in der Kammer 32 befindliche
kalte Flüssigkeit
aufzuheizen. Um die Flüssigkeit
so schnell wie möglich
auf die gewünschte
Solltemperatur zu bringen, ist zur thermischen Isolierung am Einlass 34 das
Rückschlagventil 22 und am
Auslass 35 ein weiteres Ventil 40 vorgesehen (vgl. 1).
Dieses Ventil 40 ist so ausgelegt, dass es dem während des
Heizens entstehenden Druck der Flüssigkeit im Heizelement 30 widerstehen
kann, d.h. die Leitung zu den Zerstäubern zunächst sperrt. Typische Drücke, die
beim Heizen entstehen, liegen im Bereich von 1-2 bar, vorzugsweise
beträgt
der Druck 1,8 bar.
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Erst
wenn durch den Förderdruck
(ca. 2-4 bar) der eingeschalteten Pumpe 10 zusätzliche
Flüssigkeit
in das Heizelement 30 eintritt, steigt der Druck dort weiter
an, und das Ventil 40 öffnet
sich, so dass die Enteisungsflüssigkeit
zu den Zerstäubern 50 gelangen
kann. Gleichzeitig wird die Heizung abgeschaltet. Dieses druckabhängige Öffnen des
Ventils 40 kann beispielsweise durch eine entspre chende Beaufschlagung
einer Dichtungsklappe im Ventil 40 mit einer elastischen
Feder erreicht werden.
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Durch
die in 2 mit den Pfeilen angegebene bevorzugte seitliche
Einströmrichtung
in das Heizelement 30 und die vertikale Ausflussrichtung wird
erreicht, dass lediglich die erhitze Flüssigkeit zu den Zerstäubern 50 gelangt.
Eine Durchmischung mit der zusätzlich
einströmenden
kalten Flüssigkeit wird
somit verhindert. Die Pumpe 10 wird abschaltet, wenn die
Kammer 32 ausschließlich
mit kalter Enteisungsflüssigkeit
gefüllt
ist.
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Die
vollständige
Trennung der im Heizelement 30 geheizten Flüssigkeit
von der übrigen
Enteisungsflüssigkeit
erlaubt, innerhalb von kürzester
Zeit (ca. 30s-60s) Temperaturen zwischen 50°C und 100°C zu erreichen. Vorzugsweise
beträgt
die Temperatur, bei der die Pumpe 10 eingeschaltet wird
ca. 65°C.
Zur Steuerung kann entweder im Heizelement ein zusätzlicher
Temperaturfühler
vorgesehen sein (nicht dargestellt), der bei Erreichen der Solltemperatur
ein Einschaltsignal für
die Pumpe 10 ausgibt, oder die Aktivierung erfolgt mit
einem Timer, der mit Erfahrungswerten für die Aufheizdauer eingestellt
wird (beispielsweise 45s). In beiden Fällen ist eine zusätzliche
Betätigung
eines Schaltkontaktes im Fahrzeuginneren nicht notwendig.
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Die
benötigte
Steuerlogik für
den Betrieb des erfindungsgemäßen Enteisungssystems
ist außerordentlich
einfach und daher kostengünstig
zu realisieren. Weder werden irgendwelche elektromagnetischen Schaltventile
benötigt,
noch sind ausgefeilte Sicherheitsschaltungen notwendig, um eine
völlige Entleerung
der Batterie zu verhindern. Dies liegt daran, dass das beschriebene
Heizelement 30 aufgrund seiner erfindungsgemäßen Konstruktion
in der Lage ist, die benötigte
Flüssigkeit
zum Enteisen unmittelbar vor jeder Betätigung sehr schnell aufzuheizen,
so dass ein Dauerbetrieb nicht notwendig ist.
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Über das
in 1 nur angedeutete weitere Leitungssystem 25 gelangt
die erhitzte Flüssigkeit beim
Betrieb der Pumpe 10 zu einem oder mehreren Zerstäubern 50.
Wie in 2 schematisch dargestellt, erzeugen diese Zerstäuber 50 eine
Tröpfchenwolke über der
zu enteisenden Scheibe 60, bei deren Niederschlag die in
der Enteisungsflüssigkeit
gespeicherte thermische Energie schlagartig die Scheibe 60 großflächig enteist.
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Es
wird kein mehr oder weniger fokussierter Strahl auf die Scheibe 60 gerichtet,
sondern es erfolgt unter dem Einfluss der Schwerkraft eine Benetzung
mit fein verteilten heißen
Tröpfchen.
Die Flächenwirkung
wird daher im Wesentlichen durch die Zerstäuber 50 und nicht
erst durch eine nachfolgende Betätigung
der Scheibenwischer erreicht.
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Die
Zerstäuber 50 sind
dabei so ausgelegt, dass die entstehenden Tröpfchen einerseits hinreichend
groß sind,
um sich unmittelbar auf der Scheibe 60 niederzuschlagen,
andererseits fein genug verteilt sind, um eine lückenlose Enteisung der Scheibe 60 zu
erreichen. In dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dies mit
Tröpfchen
erreicht, die einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 1 mm aufweisen.
Bei der oben angegebenen Temperatur der Enteisungsflüssigkeit
von bevorzugt 65°C
kann daher mit einem „Schuss" von ca. 100 ml Enteisungsflüssigkeit
fast die gesamte Windschutzscheibe schlagartig enteist werden. Die
Austrittsgeschwindigkeit der Tröpfchen
aus den Zerstäubern 50 liegt
vorzugsweise bei ca. 27 m/s.
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Obwohl
in 2 eine Montage der Zerstäuber 50 an der Oberkante
der Windschutzscheibe 60 gezeigt ist, sind auch andere
Befestigungsmöglichkeiten
denkbar. So lässt
sich die von den Zerstäubern 50 erzeugte
Tröpfchenwolke
auch von vorne oder von der Seite auf die Scheibe 60 richten.
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Das
beschriebene Enteisungssystem kann entweder bei der Herstellung
des Fahrzeugs eingebaut werden oder später nachgerüstet werden. Dabei können die
Ele mente eines bereits vorhandenen Waschsystems auch für das nachgerüstete Enteisungssystem
verwendet werden. Lediglich das Heizelement 30 und die
Zerstäuber 50,
sowie entsprechende Ergänzungen
des Leitungssystems müssen hinzugefügt oder
entsprechend modifiziert werden. Auch die erforderlichen Steuerleitungen
in den Innenraum des Fahrzeugs beschränken sich auf ein Minimum,
da nur ein einziger Schaltkontakt zur Betätigung des erfindungsgemäßen Enteisungssystems benötigt wird.
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Als
Materialien kommen für
das erfindungsgemäße Enteisungssystem
vorzugsweise Kunststoffe in Betracht, die sich kostengünstig herstellen
lassen und ein geringes Gewicht aufweisen. Lediglich das Heizelement
wird aufgrund der hohen Temperaturen und Drücke vorzugsweise aus einem
Metall, beispielsweise Aluminium, hergestellt, der mit Kunststoff
ummantelt werden kann.